1946年1月，廖率新6军于秦皇岛登陆，进入东北。廖耀湘进东北之初，和民主联军的交手中占了上风，当时他的部队挟抗战之余威，而共产党在东北急剧扩大的部队还没有完全训练好。他一口气攻下盘山、台安、辽中， 1946年3月间就打通辽阳、鞍山与沈阳到营口的交通线， 攻入长春。“四平之战”是国、共两党在东北早期争夺的关键，此役让林彪耿耿于怀。国军这边杜聿明、孙立人、廖耀湘等抗战名将都参加了。

1946年5月15日，廖耀湘的新六军22师65团进攻威远堡。除了第一次试探性的冲锋外，65团所有攻击都是一次成功，难怪当时国民党觉得剿共胜利指日可待。在这次战斗中，专修过机械化作战的廖耀湘把炮步配合用到极致。他先命令集中火炮猛攻，限令攻击部队在炮火停止后5—10分钟内冲入守军阵地，不给敌人任何喘息机会，威远堡被廖耀湘的部队攻占，林彪开始部署撤退。在撤离四平时，林彪的作战科长王继芳携带大批文件叛变投敌。杜聿明由此了解到民主联军已经实力大损，指挥军队一路猛追，直到把民主联军主力赶到松花江以北。廖此次又大出了风头，被任命为国民党最精锐的第9兵团司令，下辖5个军，其中新1军和新6军是五大王牌之二。

到了1948年，风水轮流转，在北满休养生息的林彪部队已非当年四平之战的东北联军了，但远在南京的蒋介石还以老眼光看待林彪的部队，以为可以在东北决战，歼灭林彪的部队。辽沈战役，第一阶段就是锦州之战，锦州的重要性毛和蒋都看到了，谁夺取锦州，就能占据通向华北的通道，对国军来说，锦州不失，东北部队和华北傅作义部队能连成一体，可攻可守。林彪的部队首先进攻驻守在锦州的范汉杰守军，老蒋不愿意锦州失守，东北和华北的通道被斩断，命令沈阳附近的廖耀湘兵团西进，驰援锦州。10月23日，廖耀湘部向黑山、大虎山发起猛攻。东野第10纵队司令员梁兴初命令各师：“死守3天，不让敌人前进一步！”经过3天激战，10纵守住了黑山、大虎山，使廖耀湘兵团失去了西进的可能和南撤的宝贵时间。廖耀湘以5个师的兵力连日攻击黑山、大虎山阵地受挫，西进无望，于25日晚下令向东南营口方向撤退，但行至台安附近便遭独立第2师阻击，廖耀湘误以为是共军主力，犯了一个致命的错误，他命令部队往东走，和沈阳的部队会合，可林彪早有两个纵队在那里以逸待劳。如此兵团10万人马全部陷入东野五十万大军的重重包围。廖耀湘此时已知败局已定。韩先楚的3纵队仅用3个小时，便一举端掉了廖耀湘的兵团指挥部和新1军、新6军、新3军军部。廖耀湘10万人马群龙无首，乱成一团。廖耀湘急得用明语呼叫：“部队到二道岗子集合！”林彪下令：以乱对乱，哪里有枪声就往哪里打，并派部队到二道岗子去抓廖耀湘。至10月28日拂晓，战斗基本结束，廖耀湘西进兵团所属新1军、新6军、新3军、第71军和第49军共计5个军12个师10万余人全部被歼灭。

1948年10月27日，廖决定向南方突围。夜间很黑，卫队也越来越少，最后只剩下李涛、周璞和新6军一个高参。涉饶阳河通往盘山一条水渠时，周璞不慎跌入一个水深没顶的地方，大声呼救，便引来解放军的搜索，他把周璞拉出水坑，李涛便被冲散，只剩下三个人绕过一处小树林继续向南摸索前进。天快亮的时候，他们看到前边有一小村庄似乎很平静，那个高参便决定先进去看看，好买点东西吃，因为又饿又累。没想到那个参谋一进村，就被在村里休息的解放军抓住了，他和周璞便赶快离开那里。不久，天大亮了，他和周璞只好在高梁秆堆里躲了—天，又饿又渴又累。就这样夜行晓藏地前进，希望能赶到沈阳追上杜聿明的部队；路上他花重金买了几件老百姓衣服，化装前进，胆子也比较大了些，等到走到辽河边正在等渡船时，听说沈阳已解放了，这时，他走投无路，便决心自杀，可手中连用来自杀的枪都没有，他坐在一棵大树下，抱头痛哭起来。准备等到天黑就在那棵树上自缢。周璞苦苦相劝，要他绕道奔葫芦岛，没准赶上国民党撤退的部队。两人起来慢慢地走，结果在一条小路遇到一小队巡逻的解放军，一盘查，他便坦白了自己的身份，以求速死。此时的廖耀湘，没有了11年前在南京的好运气，终于当了俘虏。

被俘虏的廖，死活不愿意和得胜将军韩先楚握手。进了战犯管理所，廖耀湘还非常自负，常说自己的失败是非战之过，是上面举棋不定，一再贻误战机。1961年他被特赦，到了1968年，“文革”正席卷神州，这个国民党的将军自然在劫难逃。他不像范汉杰、宋希濂等人那样识时务，依然性格耿直，当然没有他的好果子吃，在一次批斗中情绪激动，突然心脏病发作，一代抗日名将，就这样撒手人寰。

周总理闻知此事，指示秘书前往政协了解有关情况，怎奈政协大院贴满了大字报和标语，根本无人上班。廖的家人只得将丧事从简。1980年5月，党中央、国务院和全国政协组织追悼，将廖耀湘的骨灰盒安放在八宝山革命公墓，公开肯定了廖耀湘在八年抗战中建树的历史功绩，令其遗孀黄伯溶女士（辛亥元勋黄兴侄女儿黄葵舫的女儿）和儿子廖定一等亲属好友颇感欣慰。

廖夫人为黄兴的堂侄女，1949年前夕去美国，有一子担任工程师。

廖耀湘的同事，原新六军的参谋长舒适存，针对他的遭遇写了一篇《辽西恨》，其中说道：“廖氏秉性骨梗，不谙世故，不抽烟、不喝酒、不打牌，酒食征逐，更是外行，既不逢迎上级，朋友之间，更少周旋，家中宴客六菜一汤，入席时每人斟酒一坏，不斟第二杯，惟一嗜好，就是训练，每逢军队驻定，即亲率连、排、班长，从事实战演习，亲身示范，乐此不疲。与人说话，喜直呼姓名，人以为忤，他则认为这是够朋友的亲热表现，说他骄傲，想是由此而来。”