7年8月，新六军与新三军组成第九兵团，廖出任兵团中将司令，到了1948年，东北战局发生逆转，第九兵团逐步被压缩回沈阳一带。1948年9月，辽沈战役开始，中国人民解放军包围锦州，希望切断东北战场国军部队的退路。廖奉命前去解锦州之围未果，被解放军反包围于黑山、大虎山一带。但是期间廖耀湘一直在支援锦州，撤回沈阳，营口突围中犹豫，失去了最宝贵的开战初的五天。锦州战役后，廖耀湘兵团以“滚轮战术”撤退，廖耀湘由于兵团部及多个军部遭到打击，在一片混乱中10月26日，廖耀湘部被全歼，本人被俘；仅刘玉章部自营口搭舰撤退至