47年初，北满解放军渡松花江南下，威逼长春、永吉。至3、4月间，南满东北民主联军乘国民党军队主力北上增援之际，大举向梅河口、海龙、新宾、柳河等主要据点进攻，并包围通化。
郑洞国亲至抚顺营盘指挥所，星夜檄调新6军和13军前往救援，在付出重大代价后始解通化之围。仅过一个多月，北满东北民主联军再度渡江南下，发起夏季攻势，重创国民党军队，并占领了法库、昌图，以十几万兵力围攻四平街。
南满东北民主联军也同时出击，继歼灭梅河口国民党军队一个师后，又攻占了重镇本溪。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。
47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。
47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。
48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50万人。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。
48年9月中旬，东北解放军发起声势浩大的辽沈战役，郑洞国乘解放军主力南下围攻锦州之机，曾集中两个师兵力作试探性突围，但遭到解放军围城部队的顽强阻击，被迫缩回城内。
10月中旬，解放军攻克锦州，切断了东北国民党军队通往关内的咽喉要道，在长春、沈阳等地的几十万国民党军队顿成瓮中之鳖。在锦州被解放军攻克前后，蒋介石曾几次严令郑洞国率部向沈阳突围，但因守军长期饥饿，体力虚弱，士气亦极低落，郑部下将领皆无突围信心，故突围之议几次搁浅。
10月16日，郑洞国下决心执行蒋的突围命令，召集部属制定了突围计划，决定在第二天拂晓行动。但当天夜里，曾泽生率60军宣布起义，打乱了郑的部署，突围被迫中止。此时郑洞国虽然对突围已彻底绝望，却仍决心为“党国”效忠到底，拒绝了解放军方面要其停止抵抗的要求。
他仍率特务团死守中央银行大楼，还亲笔写下与蒋介石的诀别书。然而他部下的官兵们却不愿再为腐败的国民党政权做殉葬品了。
19日上午，新7军全体官兵宣布放下武器。21日凌晨，据守长春中央银行大楼的兵团直属部队以突围为名挟持郑洞国亦放下了武器投诚，长春获得了解放。
50年，他去上海治病路过北京时，受到周恩来总理的接见，6月举家迁往北京，任水利部参事和全国政协文史专员。
1954年9月，在第一届全国人民代表大会第一次会议上，毛**主席亲自提议他为国防委员会委员，受到毛**主席的亲切接见和家宴招待。郑洞国是全国政协第三、四届委员，第五、六、七届常委，黄埔同学会副会长;自1979年起任中国国民党革命委员会副主席。
他不顾年老多病，不辞辛劳，努力工作，为民革的建设和发展投入了大量心力。他非常关心祖国的统一大业，真诚希望海峡两岸能够早日实现和平统一。他多次接待从台湾和海外来的故旧袍泽，耐心地向他们介绍情况，解释政策，并呼吁他们响应祖国的召唤，为统一祖国、振兴中华的历史伟业而共同努力。
一直到晚年，他还坚持参加各种政治和社会活动，为国家的改革和建设积极建言献策，为实现祖国和平统一而不遗余力，奋斗到生命的最后一息。
1991年1月27日，郑洞国病逝于北京，享年88岁。2月26日，他的遗体告别仪式在北京八宝山公墓礼堂举行。几乎与此同时，在海峡彼岸，也举行了郑洞国追悼仪式。在数百名黄埔系的将领中，他是三个同被两岸追悼的将领中的一位（另两位是赵继统和杜聿明将军）。