1945年8月20日，中共中央決定將中共晉察冀分局改稱晉察冀中央局。隨後，聶榮臻列席了中央政治局擴大會議。1945年9月，聶榮臻回到晉察冀，遵照中央“向北發展，向南防禦”的戰略方針，聶榮臻先後組織冀東、冀中軍區十一個主力團和大批幹部進軍東北。同時，面對晉察冀的態勢和中共中央、xx的一系列指示精神，聶榮臻還採取了幾項步驟：第一，10月2日在張家口召開幹部會議，統一思想。第二，在軍隊部署上，因接收和占領大城市已不可能，聶榮臻遂將力量轉向解放中小城鎮。1945年8至10月份，晉察冀軍區部隊先後解放60多座中小城鎮，殲滅偽軍3萬多人。第三，遵照中共中央1945年9月21日關於編組野戰軍、以適應高度機動作戰的批示，集中整編部隊。在很短的時間內，聶榮臻把冀察、冀中、冀晉、冀熱遼軍區的主力部隊各編兩個縱隊，分屬第一野戰軍和第二野戰軍。並對一野和二野的作戰任務作了部署。同時，聶榮臻還花大力氣加強武器裝備，對部隊進行嚴格訓練，消除部隊中的游擊習氣，取得了很大成效。
1945年10月，聶榮臻與賀龍為貫徹xx“收復綏遠”的指示，共同指揮晉察冀野戰軍3.3萬人、晉綏軍區2萬人反擊國民黨部隊的進犯，兩個月殲敵1.2萬人，解放了綏東、綏南廣大地區。在隨後的兩年里，為了支援東北戰略區作戰，聶榮臻向中央建議，先後把冀熱察和冀熱遼軍區、冀東地區劃歸東北，這對東北解放區的發展起了重大作用。
為鉗制華北敵人使其不能出關增援東北，1947年4月，聶榮臻指揮正太戰役，集中優勢兵力，以大踏步進退的行動，擊敵薄弱環節，殲滅國民黨軍3.5萬餘人，攻克正太鐵路沿線七城及井陘等重要礦區，使晉察冀與晉冀魯豫解放區連成一片。同年11月，在取得清風店戰役勝利後，聶榮臻又組織晉察冀野戰軍乘勝發起石家莊戰役，全殲守城敵軍2.4萬餘人，此役被朱德譽為“奪取大城市之範例”。
1948年，聶榮臻任華北軍區司令員，組成第2兵團楔入熱西、冀東地區，切斷了東北與華北敵人的聯繫。隨後在平漢路北段發動進攻，吸引敵華北主力。然後又西進綏遠，進攻平綏路兩側，解放了綏遠、冀北廣大地區，有力地配合了解放全東北的遼瀋戰役。
1948年12月平津戰役開始後，中共中央決定以林彪、羅榮桓、聶榮臻組成平津戰役總前委，統一領導與指揮東北野戰軍與華北軍區部隊並肩作戰。聶榮臻分析局勢，認為傅作義賴以起家的第35軍已被殲滅，如果天津再被拿下，傅作義後退無路，有可能會被逼到和平的道路上去。北平這座歷史名城若能完好無損地被接管過來，於國於民都有利。於是，他給西柏坡總部發電報，向黨中央、毛澤東建議：打下天津以後，爭取和平解放北平。毛澤東親筆簽署了回電，表示完全同意。天津解放後，聶榮臻與林彪等一起同傅作義成功地進行了和平談判。
三大戰役結束後，中國革命轉入了向全國進軍的新階段，歷史翻開了嶄新的一頁。在治軍建國的新節奏中，聶榮臻處在一生中最繁忙、最緊張的時期。
北平解放後，聶榮臻兼任平津衛戍區司令，隨後又兼任北平市市長、軍事管制委員會主任。他迅速整頓平津地區的社會治安，剿滅土匪，完成和平改編傅作義20萬起義部隊的任務，為新中國定都北平提供了可靠的社會安全保障條件。
1949年3月25日，中共中央、xx總部從西柏坡遷至北平。聶榮臻和葉劍英組織了在西苑機場舉行的閱兵式。他們陪同毛澤東、朱德、劉少奇、周恩來、任弼時等檢閱了部隊。隨後，他作為中國共產黨代表團成員之一，參與了同國民黨政府的談判。6月，聶榮臻任中國人民解放軍副總參謀長，協助周恩來主持總參謀部的工作。