4月20日清晨，我128師在澄邁縣城以北與敵252師師部及所屬的2個團相遇，128師先敵動作，當即將其包圍，展開攻勢。這時，我43軍127師先遣偷渡團已進至美仁地區，佔領有利地形，準備打援。
薛嶽見其252師主力被圍，急令62軍和暫編13師、教導師及25師的另一個團直撲我128師，又在我軍外圍構成了一層包圍圈。
負責指揮整個渡海作戰的我15兵團司令員鄧華在分析敵我態勢後，決定趁敵主力部隊圍攻43軍登陸部隊之際，在澄邁及其以北地區迅速展開一場大規模的圍殲戰，以求將薛嶽主力一舉殲滅。爲此，指揮部一面命令43軍登陸部隊堅守陣地，頂住數倍於己的敵人的進攻反撲，一面命令40軍主力戰勝飢餓疲勞，飛兵東進，儘快將圍攻我128師的敵軍再圍它一層，同時還指示瓊崖縱隊三總隊及獨立團部隊，積極協同登陸兵團主力作戰。
4月21日拂曉，敵62軍等部在飛機大炮的支援下，開始向我128師陣地發動猛攻，128師在這種情況下，果斷以少量兵力抗擊外線敵軍的圍攻，而將主力集中於內線，抓緊時機力求儘快殲滅已被包圍的敵252師主力。
爲了配合128師的戰鬥，127師先遣偷渡上島的379團在瓊縱3總隊和獨立團的協同下，頑強頂住了敵62軍2個團的多次輪番進攻，而先遣上島的381團1營1連，在戰鬥中連續抗擊了敵軍從1個排到1個營猛烈衝擊，牢牢堅守住了陣地。
在向內線敵252師主力發動強攻的激烈戰鬥中，我軍382團3營7連向敵一處核心陣地攻擊，數次受阻，全連只剩下1名排長和6名戰士，在這時，副師長孫幹卿直接指揮，營長劉連科用機槍掩護，冒着炮火硝煙衝入敵陣，將瘋狂吐着火舌的地堡一一炸燬，佔領了這一敵人陣地。戰後，劉連科和劉萬成被43軍授予“戰鬥英雄”稱號。
在128師全師上下英勇奮戰之際，40軍接到兵團命令後，於19日夜間即率主力7個團從加來、多文地區出發，沿途冒着敵機的轟炸、掃射、馬不停蹄地起往澄邁縣城。在到達該地後，即又兵分兩路北上，於21日17時抵達美亨東西兩側地區，將圍攻我128師的敵軍嚴密包圍起來。
這時，戰場態勢出現了包圍與反包圍、內線與外線犬牙交錯的複雜局面，在戰鬥中，敵我雙方都不敢開炮，在許多地方展開了短兵相接的肉搏戰。
4月22日，兵團命40軍、43軍與瓊縱3總隊獨立團一方面向敵發起總攻。在我軍強打猛列的攻擊中，薛嶽這才弄清禁與之作戰的並非“共軍小股偷渡部隊”，爲避免主力全部被殲，急忙下令其殘部向海口市退守。
此次場面壯觀的瓊北圍殲戰，我渡海第一梯隊全殲敵32軍252師，重創其62軍、暫編13師和教導師等薛嶽的主力部隊，徹底搗毀了其環島防禦體系的核心陣地。
4月23日清晨，我40軍119師一部協同42軍128師，於瓊山地區一舉殲滅敵62軍2個師的大部，擊斃62軍少將參謀長溫轟，攻佔了瓊山縣城。上午8時，40軍118師與43軍127師先遣團一道向海口市發起攻擊，但敵守軍已於22日夜間逃竄，我軍未遇抵抗即佔領了海口。
攻佔海口後，渡海作戰兵團第二梯隊於23日19時開始啓渡，於24日凌晨1時至4時左右在海口市以西的天尾港沿岸登陸。至此，參加渡海作戰的我10萬大軍全部登上了海南島。
薛嶽眼見其苦心經營的瓊北、瓊東各防禦體系及指揮機構傾刻間土崩瓦解，潰不成軍，遂於22日下令全線南撤。其情勢爲：第一路軍撤往樂令、萬寧地區，第二路軍殘部撤往陵水、保亭地區，第三路軍餘部撤往北黎、八所地區，第四路軍和海、空軍集結於榆林、三亞地區。
薛嶽在部署三軍南逃方案後，同時又致電臺灣，要求火速派艦船來瓊接運殘部撤離海南。
這兩道“使命”完成後，他即於當晚與島上的軍政要員們乘機開溜了。