蒋介石见战事吃紧，卫立煌又按兵不动，就急令卫打通沈锦线，将主力撤至锦州，阻止解放军入关，必要时可放弃吉林、长春，甚至将东北全部兵力退守华北。但卫立煌以解放军已占领锦州沈阳间的要隘沟帮子、国民党驻沈部队须经相当时期的整补方能投入战斗为由，拒绝了蒋的命令。
1948年5月初，蒋介石再次电令卫立煌打通沈锦线。他决心将主力撤到锦州，成立机动兵团以随时准备行动。但卫根本不同意，阳奉阴违使事情不了了之。（杜聿明：《辽沈战役概况》，《辽沈战役亲历记》第12页，文史资料出版社1985年版）
蒋介石对卫立煌逐渐失去信任，为了挽救东北主力，他费尽心思地在东北物色能不折不扣地执行他命令的将领，先后属意于廖耀湘和范汉杰，但此二人无论地位还是资历均无法与卫抗衡。卫立煌则坚持按兵不动，静待时机，这种僵持状况一直持续到辽沈战役开始。
1948年9月12日，辽沈战役首先在北宁路山海关、唐山段打响，解放军以迅猛动作切断北宁路，占领了辽西走廊，将国民党军队压缩在锦州、锦西两个孤立的据点。蒋介石见势不妙，急飞北平亲自指挥，他命令卫立煌立刻出辽西解锦州之围。卫却借口“沈阳只能固守以自保”而不执行蒋的命令。（《郭汝瑰回忆录》第304页，四川人民出版社1987年版）9月24日，驻守锦州的范汉杰连电告急。同日，蒋介石急召卫立煌到南京，迫令卫由沈阳出兵西进锦州。卫表示沈阳兵力不足，不能西进，要蒋就近从关内调援军解锦州之围。蒋坚持原命，并派参谋总长顾祝同监督卫立煌执行命令。卫立煌回沈后，在军事会议上仍坚持己见，多数将领唯唯诺诺，无所适从。无奈，顾祝同只得溜回南京复命。
10月2日，蒋介石亲飞沈阳，撇开卫立煌直接授命廖耀湘组织机动兵团，以南下解锦州之围。同时命令葫芦岛的侯镜如指挥东进兵团强攻塔山。其间，卫立煌曾亲上葫芦岛，据侯镜如回忆，卫说：“你这个兵团解锦州之围，并率部与廖兵团会师是不容易办到的。”卫再三嘱咐他，要稳扎稳打，不要强行攻坚，徒作无益的牺牲。（侯镜如：《第十七兵团援锦失败经过》，《辽沈战役亲历记》第248页）
在锦州危急之际，蒋介石命令范汉杰能守则守，不能守则退守锦西。但卫立煌却指示：“锦州坚守不动，以免影响全军。”（范汉杰：《锦州战役经过》，《辽沈战役亲历记》第74页）等到最后锦州难以维持，范汉杰再向锦西撤退时，已走投无路了。（彭杰如：《卫立煌到东北》，《辽沈战役亲历记》，第55页）10月14日，锦州解放。
15日，蒋介石再飞沈阳，严令廖耀湘加速西进，否则军法从事，然而还是无济于事。
18日，蒋介石三飞沈阳，名义上是与卫立煌“商决规复锦州之计”，实则决心临阵换将，（参见蒋介石1948年10月15日日记，《蒋总统密录》，第14册，第82页）彻底撇开卫立煌，任命杜聿明为东北“剿总”副司令兼冀辽热边区司令官，指挥侯镜如兵团和廖耀湘兵团东西对进，收复锦州。卫立煌则命令廖耀湘必须谨慎，部队如有闪失将惟他是问，并暗中命令，供应廖耀湘装甲兵团的燃料弹药不准超过一星期，使其无法快速推进。据卫夫人韩权华回忆，当时卫立煌告诉她：“看他盲人瞎马怎么走。”此外，卫立煌还做了一些保护城市的工作，他叮嘱沈阳市长董文琦，对市辖各单位的粮食分配要从宽发放，同时通知沈阳城防司令胡家骥、第一三○师师长王理寰，要他们尽一切力量维持治安，使两百万市民免遭侵扰。（赵朝：《朱德与卫立煌》，第299页，华文出版社1999年版）卫还制止了联勤总司令郭忏破坏沈阳兵工厂和城市设施的计划，并暗中命人将炸药投入河中，以防不测。
10月28日，行动迟缓的廖耀湘兵团被全部歼灭，廖耀湘及所部将领悉数被俘。坐镇北平指挥的蒋介石发出了无可奈何的哀叹：“东北全军，拟陷于尽墨之命运。寸土焦虑，诚不知所止矣！”（参见蒋介石1948年10月26日日记，《蒋总统密录》，第14册，第83页）
11月2日，沈阳守军王理寰一三○师起义。至此，东北全境解放。
12月26日，蒋介石发布命令：“东北剿匪总司令卫立煌迟疑不决，坐失戎机，致失重镇，着即撤职查办。”（《民国高级将领列传》第一集，第62－63页，解放军出版社1988年版）
蒋介石担心立刻审判卫立煌将使军心大乱，就将卫软禁在南京寓所。不久，趁李宗仁上台放松看管之机，卫立煌经上海逃往香港。在回归前夕，他担心自己战犯之身是否会得到人民政府的宽恕，经与中央领导人联系，完全打消了顾虑，于是在1955年3月中旬他踏上了回归的路程。
战后国民党方面在谈及辽沈战役失利的原因时，认为“东北之失陷，基于锦州之失守，由于沈阳援兵久而不至。沈援之不能速达，在于卫立煌之不能即时奉行命令”，卫立煌“贻误戎机达十三日之久”，“古今中外，除非作乱造反，否则，断未见有此种不受节制之将领”。（陈孝威：《为什么失去大陆》，第497－503页）美国方面亦认为“卫立煌于9月25日奉命解锦州之围，迟至10月9日始率其一部兵力离沈，途中与敌遭遇，被其各个击破，遂不能达目的地”。（沈云龙：《近代中国史料丛刊续编》第87辑，《美国与中国之关系》，文海出版社，第503页）
国民党和美国方面将东北战场失败的主要原因归结于卫立煌的贻误战机与抗命不遵，显然是片面的。但从中我们也不难看出辽沈战役时期卫立煌的良苦用心。他在自己力所能及的范围内，尽一切可能按兵不动，并利用他的地位造成影响，既使东北的高级将领们无所适从，也使蒋介石的战略计划化为泡影，从而在中国革命战争最为关键的时刻配合了人民解放军的战略进攻；他不仅保护了东北重镇沈阳，还有效破坏了蒋介石要把东北几十万主力撤回关内，以便在华北、中原战场再与解放军一决雌雄的计划。
