率第2纵队主力迅速迂回，进行大黑林子歼灭战，随后攻克昌图。1947年9月，指挥部队参加秋季攻势。在12月开始的冬季攻势作战中，率部经5个小时激战，攻克彰武，全歼国军49军79师9000余人。辽沈战役中，刘震指挥部队参与进攻锦州，之后率部赶赴辽西围攻廖耀湘兵团。11月，刘震统一指挥1纵、2纵攻占沈阳，生擒周福成等将官。1948年11月辽沈战役后，第二纵奉命改为中国人民解放军第39军，刘震任军长。随后率部入关参与平津战役，平津战役初期，中共中央军委预计首先进攻塘沽，在部队进入受阻后，刘震建议邓华和刘亚楼放弃