但是，林彪还是服从了毛泽东、中央对形势的分析和部署。林彪统率东北民主联军，依据中央决定，乘苏军已从中长铁路撤军，而国民党还滞留于西满的有利时机，在3月中旬攻占四平，4月中下旬先后攻占长春、哈尔滨、齐齐哈尔等重要城市。至此，中长铁路的开原以北段全部处于我军控制之下，形成了背靠北满，依据内线迎击大举北进的国民党军队的战略态势。

中共拿下四平、长春、哈尔滨和齐齐哈尔等城市，是为了在东北实现停战的谈判中处于有利的地位。但是，在实际上却激起了蒋介石更大的贪欲和报复之心。蒋介石到处鼓动说，四平乃是“党国命运所系”，“没有四平就没有东北。毛泽东和蒋介石都是从政治需要出发，在四平的决战难以避免。

4月18日，蒋军发起对四平的猛烈进攻，四平保卫战开始。在此前后，毛泽东连连电命林彪，要“不惜重大伤亡(例如一万至两万人)”阻滞敌人北进，要“死守四平，寸土必争”，甚至提出“把长春变成马德里”，“化四平街为马德里”。马德里是西班牙首都，该城军民在1936年至1939年浴血奋战，顽强抗击德、意入侵，因此闻名世界。

毛泽东的这些决策，实际上暂时改变了他原来制定的:“让开大路，占领两厢”的方针，从“两厢”又回到了“大路”，在“大路”上与蒋军殊死争夺。

开始，林彪并不认为毛泽东在四平、长春一线同蒋军死打硬拼是明智的。在四平保卫战前夕，即4月11日，他曾致电中央并东北局，就防守四平问题谈了自己的意见:在蒋介石继续增兵东北的情况下，我固守四平和夺取长春的可能性和东北和平迅速实现的可能性均不大，因此我军方针似应以消灭敌人为主，而不以保卫城市为主，以免既不能保卫城市又损失了力量，造成以后虽遇有利条件并不能消灭敌人。

同一时期，黄克诚也致电中央，认为在敌我力量悬殊太大的情况下，坚守四平有极大困难。

然而在战斗打响以后，林彪于4月18日向中央致电:“敌已开始直接进攻四平，我守军决战至最后一人！”

四平之役血战1个月，打得十分残酷。蒋军伤亡万余人，民主联军也伤亡8000多人。5月18日，林彪急电中共中央和东北局，如实报告说:“四平以东阵地失守数处，此刻敌正猛攻，情况危急。”他陈述了理由，并于当日下午组织部队撤出四平。

毛泽东没有因林彪没有“死守”住四平而责怪他。相反，复电林彪称:“四平我军坚守一月，抗击敌军十个师，表现了人民军队高度英勇顽强精神，这一斗争是有历史意义的。”