国民党军的部署很快即通过秘密情报渠道为中共获悉。6月23日，中共中央指示中原部队“立即突围，愈快愈好”。中原军区遂在十分秘密的情况下集结部队，准备以突然行动的方式突围，以避开国民党军的进攻。中原部队四面均为国民党军所围，在突围方向的选择上，向东、向北均为国民党军重点所防，而且东边的津浦路国民党控有重兵，北边因正值雨季有众多不能徒涉的河川，向南则有长江天险阻隔，因此中原军区负责人决定出乎国民党军之意料，以主力部队调头向西，越过平汉路，从国民党军部署的薄弱处突围而出，再转向豫、陕、鄂交界处的山区活动。6月26日，国共双方军队在对峙前线已有交火，当晚，中原军区部队开始向平汉路方向运动。6月29日和7月1日，李先念部、王震部和王树声部分别在平汉路信阳南之柳林和花园北之王家店成功越过平汉路。担任牵制任务的皮定均部采取声东击西战法，向东突围，吸引并牵制国民党军围攻部队，并成功地利用国民党军的空隙突出包围，向苏皖地区疾进。
中共中原部队的突围行动大大出乎国民党军的意料，原定的围歼计划落空。6月30日，刘峙下令所属各部以主力分途堵击“追剿”，另以一部兵力进行“清剿”。此后，中共部队突破国民党军之“追剿”，李先念部到达陕南之商南县，王震部到达陕南之商县（后继续长驱千里回到延安），王树声部到达鄂西北地区，皮定均部到达中共淮南根据地。中原部队因为是在劣势情况下作不得已之突围，因此在国民党军的围追“清剿”中遭受相当的损失，减员过半数以上，但他们毕竟以迅捷的行动，在占有绝对优势的国民党军之包围堵截中突围而出，保持了基干力量；而数十万国民党军事先未能有所察觉，事后只能临时改变部署，且兵力调度迟缓，部署亦有不周，没有完成其全部围歼中共中原部队的预定计划。