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四野渡海兵团经过精心的准备，根据海南岛的具体情况，采取了一系列新的作战方式：
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吸取金门作战敌情、海情不明即仓促发起攻击的教训，进行了为时三个月的周密准备，特别是参战各部队进行了登陆和海上战斗的训练，研究了对付敌军军舰和登陆作战的各种办法。
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吸取金门作战船只不足即实行登陆的教训，在广东全省大量筹集船只，先后征集到4000名船工和2100余艘船只，保证了一次运载10万人以上的登陆部队还有余。
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吸取金门登陆部队上岸后立足不稳的教训，先以小部队实行偷渡，和岛上的琼崖纵队会合，使大部队一登陆就得到有力的接应，能站稳脚跟并稳步发展。吸取金门作战第一梯队只以少数兵力登陆，以寡击众的教训，正式开始强渡时第一梯队就使用5万兵力，带足弹药粮食，准备不依靠后援独立发展。这样第一梯队上岸后与接应部队一会合，就同岛北面守敌兵力相差无几，人民解放军的战斗力又高于国民党军，从而确保了陆上战斗的胜利。
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由于措施得当，海南岛之战进行得十分顺利。3月5日人民解放军开始偷渡，4月16日开始实施第一梯队的大规模强渡，至4月23日第二梯队渡完，10万大军就已全部顺利上岛。在航渡过程中人民解放军的船队虽然遭到国民党军的军舰在海峡中流的拦截，可是解放军事先准备好的“土炮艇”（即装配了战防炮、火箭筒的木船）利用夜暗勇猛接敌，近战开火，结果一举击沉了军舰1艘，击伤2艘（包括第三舰队旗舰太康号），海南岛上国民党海军的最高指挥官——第三舰队司令王恩华也在交战中被打死。国民党海军第三舰队因遭此沉重打击，就此缩于港内不敢积极出战，而解放军以木船打军舰的战例，在世界战争史上也创造了一个奇迹。
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解放军渡海第一梯队登陆后，即迅速击溃了守卫岛北部的国民党军两个军。薛岳虽指挥其余两个军反扑，台湾国民党军却未增援，其原因是由于蒋介石当时正处于焦头烂额的状态之中。1950年3月国民党在大陆的最后据点西昌失守，舟山群岛也告急，蒋介石对是否坚守海南岛便出现犹豫，曾指示能守则守，不能守则及时撤退保存兵力用于守卫台湾。不过此时守卫海南的国民党军主将薛岳自恃“能战”，不肯轻言撤兵，并不断向台湾方面发布“捷报”，直至4月22日解放军登陆部队逼近海口时仍谎报战绩。据已在美国斯坦福大学公布的蒋介石的日记记载，当天他才知道实情并在日记中写道：“本日海南战况突变，据报薛岳已离海口而迁榆林，可知昨晚中央社战报完全诳妄虚伪，实令今后宣传无法取信，可耻之至。”
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粤系将领薛岳、陈济棠此前把海南岛视为自己派系的最后一块地盘，曾决意坚守。不过在解放军渡海兵团主力强渡成功后，国民党军“海南防卫总司令”薛岳见继续作战势必全军覆没，于4月22日仓促决定撤军，当日自己便乘飞机赴台（蒋介石对此还不知道），并向部属匆匆下达撤退令。在撤退时，自北伐战争起便一直对蒋介石有宿怨的薛岳又认为海南战败的主要原因是蒋介石有私心，公开对美联社记者发表谈话称蒋介石妒忌他，害怕粤籍将领“坐大”，“而不惜牺牲琼岛”。据蒋介石日记所载，4月25日他得知此事十分愤怒，在日记中大骂薛岳“忘恩负义，为掩饰其平身罪恶而不惜污辱国家与领袖，此人之背谬乃为白崇禧之第二也”。
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国民党高层对防守海南岛的分歧矛盾，更加剧了其守岛部队撤退时的混乱。4月23日，解放军占领海南岛主要港口海口，因薛岳和少数高级官员已乘飞机逃走，位于岛北部的部队便向岛西的东方港和岛南的榆林港奔逃，解放军随后展开追击。由于国民党军在撤退途中大肆破坏道路、桥梁，加上人民解放军没有海空军可以拦阻其海运，5万余名国民党军在丢弃了重装备后还是逃到了榆林等港口并得以乘船撤往台湾。至5月1日，人民解放军解放了全岛。在整个战役期间，人民解放军只付出了伤亡、失踪共4500人的代价，击毙国民党军6000多人，俘虏2.6万人，此外还有近2万国民党军在岛上逃散，只剩一半兵力逃脱。
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仅次于台湾的中国第二大岛——海南岛的解放，当时给台湾带来了巨大的冲击。为了安定人心，蒋介石和国民党的宣传机构竟把这一惨败说成是“从海南岛向台湾转移兵力顺利完成”。其实当时的明眼人谁不清楚，对战略和经济利益都仅次于台湾的这个大岛若能守得住，何用“转移”？不过翻一翻国民党几十年的报纸就可知道，所谓“转移”从来不过是败逃的代名词。
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人民解放军解放海南岛的胜利，是在总结前一阶段渡海作战经验教训基础上探索渡海作战新规律的成功。正如俗语所说，“吃一堑，长一智”，攻金门死了几千人，可是吸取了这一教训，解放海南岛这一更大规模的作战顺利成功就可能少死了几万人。军事辩证法历来就是如此。
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在第四野战军积极准备攻击海南岛的同时，第三野战军又在积极准备渡海攻击舟山群岛和再攻金门。这一准备与以前的一个重大区别所在，是人民解放军新建的海军和空军也参加了作战的准备，当时的舟山作战准备作为人民解放军战史上第一次陆、海、空三军的联合作战。中央军委和第三野战军还计划在舟山作战成功后，再乘胜以船队南下攻占金门，因舟山位于南北航线要冲，不攻下舟山北方的船队难以南下。
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国民党军在大陆全部失败后，舟山群岛的战略地位就显得更为重要。国民党军队自1949年年底，又将在金门的第十九军和台湾守军中战斗力最强的一个军——第五十二军（这是第一批进入东北的国民党军在辽沈战役中唯一逃出来的一个的军）调去增援舟山。至此，舟山群岛上的国民党军已达6个军，连同海空军共12万人，部署的军队数量超过了海南岛。
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从1949年年末起，国民党空军根据蒋介石提出的“攻势防御”的要求，加紧了对大陆城市特别是港口和船只的轰炸。由台湾起飞的作战飞机到舟山的定海机场加油后，其航程可达到华东乃至武汉一带的各要地。国民党空军利用定海机场作为基地，在1950年1月和2月间对我国最大的工业城市上海轰炸8次，同时又对华东沿海、长江下游各港口连续进行轰炸，以破坏大陆的国民经济恢复，并阻挠人民解放军向华东沿海集结船只。2月6日的“二六大轰炸”中，国民党空军出动17架飞机分四批轮番轰炸上海市区的电力公司、沪南和闸北水电公司，一次就炸死炸伤上海市民1400人，使上海电力丧失90%，多数工厂停产。国民党海军还利用舟山基地封锁长江口，运送武装特务袭扰江浙沿海地区。在当时的形势下，攻占舟山以拔去定海基地这根“钉子”，已成为华东军区最重要的任务。
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根据金门、登步岛作战的经验教训，人民解放军对舟山作战采取了十分谨慎的态度。接到毛泽东1949年11月14日至三野的关于准备未周宁可推迟时间的指示后，第三野战军决定将对舟山的攻击推迟到来年的1月或2月。11月22日，华东野战军副司令员粟裕给中央军委回电，分析蒋介石有可能因金门、登步两战斗受到鼓励，将台湾兵力增强舟山、金门诸岛。这样，虽然增加了我们攻占舟山、金门诸岛的困难，但如能在这些岛上尽歼蒋军，则对将来攻台行动在政治上、军事上均属有利。因此，粟裕要求延长攻击舟山的准备时间。12月上旬，中央军委、毛泽东同意粟裕的意见，并强调进一步研究海空军配合的问题，同时还决定从新建的海空军中抽调部分部队配合陆军作战。于是，攻击舟山的准备工作改由陆、海、空三军一起进行。
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当时，人民解放军正根据渡海作战的需要紧急组建空军。建设空军头等重要的任务是培训飞行人员。1949年夏天，人民解放军只有60名可驾驶战斗机的飞行员（主要系解放战争期间东北航校的毕业生），仅有不足30架可用的作战飞机，这远远达不到组建空军的最基本要求。为了尽快培训出足够数量的飞行员，空军尽最大可能抓紧开办航校，自1949年10月后的三个月里，人民解放军空军紧急开办了7所航校，从苏联订购的飞机从1949年11月起也陆续到达。为保护上海等重要城市的上空，苏联还在《中苏友好同盟互助条约》签订后，于1950年2月至3月间派出一个空军师（主要装备米格15和拉11飞机共99架）到上海、徐州担负空防任务52。人民解放军空军经过紧张的训练和准备，1950年5月，空军航校第一批学员终于毕业，并利用接收苏联的50多架战斗机和轰炸机，开始在南京组建空军第四混成旅（6月中旬正式建成），从而使解放军在东南沿海地区终于有了一支可以配合陆军进行作战的空中力量。
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海军的准备工作主要是组建和训练舰艇部队，修复缴获和接收的舰船，并通过开办海校培养航海人员。为了能尽快组建一支能配合陆军渡海作战的舰艇部队，上海等地的修造船厂在1950年春季前利用旧舰船为海军抢修、改装可用于渡海的舰只100余艘。5月间，华东海军在上海建成第一支可用于作战的舰艇部队——海军第四舰队，装备大型坦克登陆舰10艘，中型坦克登陆舰9艘。自苏军空军进驻上海后，国民党空军因连续被击落5架飞机，已不大敢进入上海附近地区，新建的人民空军又已经可以为海军提供一些空中掩护，所以这支舰队能够用于掩护运载陆军的船队进行攻击舟山的作战，并准备在攻占舟山后驶往福建参加对金门的作战。
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陆军为了确保舟山作战的胜利，集中了第三野战军的大部分机动力量。除了原来用于舟山作战的第7兵团外，原准备渡海攻台的第九兵团（下辖第二十军、第二十三军、第二十六军、第二十七军）也用于舟山作战。由于海军舰只少，渡海还主要靠木帆船，华东党政机关从山东和苏皖内地征调了大量帆船，由铁路运至浙东、苏南沿海，连同当地原有的船只共达2000余艘，并以汽车发动机将其中一部分改装成机帆船。在海空军的掩护下，这时已有把握一次运载10万人以上的部队登陆。
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攻击舟山的准备工作预计在6、7月间可以完成，4月15日华东军区召开了陆、海、空三军联席会议，确定了攻击舟山的方案。最后决定第7兵团由南向北，第9兵团由西北向东南，以两个登陆集团约20万人由海空军掩护在舟山登陆，全歼舟山群岛上的国民党军。
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解放舟山
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人民解放军三野部队正在积极准备对舟山的登陆作战时，5月1日传来了四野部队已经解放了海南岛的消息。当时准备渡海的部队全军振奋，而台湾和舟山的国民党军十分惊恐。这时，国民党军已经了解到人民解放军将以陆海空三军发起对舟山群岛的攻击，其打击力量势必大大超过海南岛作战，而国民党军仅剩的陆军部队有1/3在舟山，如再遭惨重损失守卫台湾就更困难。5月上旬，国民党军决定从舟山撤退，并在撤退前佯称“反攻”。5月13日撤退秘密开始，守岛的国民党军12万人分批登船，同时把岛上2万多名青年男女强行拉上船运往台湾，并炸毁了岛上的重要设施，花费了4000万银元修筑的定海机场也在一阵阵爆破的巨响中被彻底破坏。
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5月16日解放军三野部队发现国民党军从舟山撤退，立即以第二十一军、第二十二军、第二十三军提前渡海，17日上述三个军占领舟山本岛，国民党守军却已经撤走。规模很大的舟山群岛登陆战准备工作虽然未能投入实战，但是对国民党军精神上造成了重大威胁，促使其从舟山撤退，从此打破了国民党军对长江口的封锁和对上海及江浙附近地区的空中威胁，同时使部队受到了渡海作战的训练，意义还是十分重大的。
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人民解放军占领定海的当天，即5月17日，第三野战军前委就向各兵团、各军发出了《保证攻台作战胜利的几个意见》，决定所属部队投入攻占台湾的战役准备。
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