东北战局如此迅速恶化，使蒋介石大为震惊，亲自飞赴沈阳视察，指示国民党军队放弃一些城镇，收缩兵力，以图固守。6月中旬，作为前敌总指挥，郑洞国奉命指挥53军先攻取本溪，解除东北民主联军对沈阳的威胁，然后转至铁岭，率新6军、93军、53军及52军一部北上驰援四平街。经过半个月的恶战，击退东北民主联军主力，四平街之围遂解，国民党在东北的战局才暂时缓解下来。

1947年7月，杜聿明因旧病复发，被迫离职去上海就医，由郑洞国代理司令长官职务。8月，陈诚来到东北，接替熊式辉任东北行辕主任。他到任不久就撤销了东北保安司令长官部，集东北党政军大权于一身。郑改任东北行辕副主任，其实等于挂名。

1947年10月以后，东北解放军先后发起秋季攻势和冬季攻势，由于陈诚优柔寡断，朝令夕改，国民党军队大批有生力量被歼，北宁路交通被切断，国民党在东北的战局再次急转直下。

蒋介石闻讯大惊，于1948年1月10日飞抵沈阳，召开军事会议，决定成立东北“剿匪”总部，任命卫立煌为东北行辕副主任兼“剿总”总司令，同时任命郑洞国和范汉杰为副总司令。不久，陈诚悄然离开东北，东北行辕随即也就撤销了。

1948年2月，东北解放军相继攻占辽阳、鞍山、法库、营口等重要城市，3月中旬再克战略重镇四平街。为避免被解放军各个击破，在四平街战局吃紧时，卫立煌派郑洞国先后飞往长春、永吉，部署、指挥驻永吉的60军向长春撤退。

此后，国民党军队在东北仅剩下沈阳、长春、锦州三大孤立据点及周围少数中心城市，处境岌岌可危。为使几十万国民党军队在东北免遭覆没，郑洞国曾建议再进一步主动放弃长春，集中主力于沈阳、锦州之间，以期能战、能守、能退。

但蒋、卫认为弃守长春会造成不利的国际影响，况且固守在长春尚可扯住解放军南下的衣襟，减轻沈阳、锦州方面的军事压力，所以没有采纳郑的意见。

非但如此，蒋、卫还拟让郑兼任第1兵团司令官和吉林省主席，担负固守长春的任务。此时长春已经在解放军的四面包围之中，郑洞国的许多幕僚、好友都劝他不要从命，郑自己心中也颇踌躇。3月下旬，在蒋、卫一再催促下，他只好飞赴长春，从此开始了他一生中最为痛苦的一段时光。

当时长春驻有新7军、60军及第1兵团直属部队、地方保安部队等约十万之众，市民亦有近20万人。守军除尚控制着城外飞机场外，与外界联系均被切断，城内粮食、燃料匮乏，人心涣散，士气低落，处境艰难。

郑洞国到任后，锐意整顿防务，安定人心，希望能凭借长春的坚固城防，长期固守下去。5月下旬，他曾出动部分部队向城外出击，准备在城郊搜购一些粮食。解放军乘机反击。结果守军不仅兵力受到很大损失，连飞机场也丢失了。此后10万解放军在肖劲光指挥下攻城也被击退，遂改强攻为长围，城中饿死民众数万，军队中因饥饿患浮肿症、夜盲症的官兵也日益增多。