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计划并改进攻天津，获得批准。而后，刘震率军参与进攻天津的战斗。1949年4月，被任命为新组建的十四兵团副司令员兼39军军长，指挥部队向华中进军。8月1日，改任十三兵团副司令员兼39军军长，参加衡宝战役。
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