三野7兵團經過研究，決定首先進攻距離大陸最近的大榭島，此島僅僅距離大陸0.59千米。解放軍22軍4個營部隊於1949年7月18日夜間發起戰鬥，在解放軍海岸炮火掩護下成功從大榭島南部搶灘登陸成功。

解放軍4個營突擊隊登陸後分三路進攻，當日午夜，包圍了位於主峰七頂山的國軍指揮所。19日拂曉，解放軍攻占國軍指揮所，七頂山國軍守軍全軍陣亡。同日，解放軍擊退國軍渡海增援的的1個團援兵，結束了大榭島戰鬥。此戰解放軍攻占大榭島，國軍1448人陣亡。穿山鼻島和外神馬山島被解放軍同時攻占，梅山島國軍撤走，解放軍進占梅山島。

1949年9月下旬，浙東沿海連降特大暴雨，解放軍利用在這種惡劣氣候條件下國軍飛機無法起飛的機會，決定對距離大陸4.6千米的金塘島發起進攻。10月4日夜，解放軍22軍4個團冒雨在炮火覆蓋後登陸金塘島。

解放軍登陸部隊冒雨作戰，於10月5日攻占金塘島渡口瀝港鎮，截斷了島上國軍的退路和國軍援軍來援的通道，最終全殲國軍2409人。解放軍繼而攻占大鵬山島。六橫、蝦峙等島的國軍為了避免被各個擊破相繼奉命撤離，解放軍進占這些島嶼。

桃花島距離大陸11.5千米。1949年10月7日夜，解放軍22軍61師4個營在經過解放軍海岸炮火對桃花島的襲擊後登陸桃花島。解放軍經過一夜戰鬥，攻占了桃花島上的兩個渡口，同樣截斷了國軍退路，於19日結束了戰鬥，前後用時不足20小時，國軍1300人全部陣亡。

舟山群島外圍島嶼相繼被解放軍攻占，三野7兵團中出現了輕敵速勝的情緒。同時，國軍也在此時調整了部署。10月11日，蔣中正到達舟山群島，隨即，國軍建立東南軍政長官公署舟山指揮部，郭懺擔任主任，石覺擔任副主任同時兼任舟山防衛司令。同時，國軍在舟山群島繼續增加兵力，從汕頭調來了國軍第12兵團，即胡璉兵團之第67軍，使得舟山群島的國軍增至9萬人。國軍同時還加強了登步島上的防禦工事，希望能夠守住舟山本島。

三野7兵團在攻占桃花島後決定乘勝攻占通向舟山本島的最後屏障登步島。此時，三野司令部得知了解放軍金門戰鬥失利的消息，於是指示7兵團必須集中足夠的兵力在有足夠的船隻，對國軍情況充分了解的情況下才能發起戰鬥，但並未得到很好的落實。

1949年11月3日夜，解放軍61師4個營利用大雨國軍飛機不能起飛的時機冒雨渡海進攻登步島。但在航渡過程中遭遇風向逆轉，船隊被吹散。經過艱苦航行，解放軍第一梯隊9個連中的7個半連1000餘人成功登陸，但此時部隊建制混亂，重武器也未能攜帶上岸。

解放軍登陸部隊以劣勢兵力突破了國軍的火力封鎖，國軍喪失8個連，俘虜國軍500餘人。至天亮前，解放軍經過幾個小時的戰鬥，已經攻占了四分之三的登步島，島上國軍退守登步島北部雞冠礁一帶。此時戰況雖然對解放軍很有利，但解放軍沒有及時攻占登步島北端的渡口，為國軍增援提供了通道。同時解放軍後續部隊又因為風向和潮汐不合適而無法增援，解放軍因為要分兵守衛陣地，遂減弱了攻勢。

11月4日上午，國軍4個團登陸增援，在國軍空軍的轟炸掩護下向解放軍發動進攻，形勢變得不利於解放軍。解放軍登陸部隊擊退了國軍5次集團衝鋒，暫時穩定了局勢，使國軍進展不大。當日晚，解放軍61師2個營作為第二梯隊登陸增援，國軍3200餘人陣亡，奪回了一些白天失去的陣地，但解放軍登陸總兵力仍然不及國軍。

11月5日，國軍繼續增援登步島，同時出動空軍對解放軍陣地進行轟炸並壓制解放軍桃花島上的炮火。解放軍經過連續激戰擊退了國軍的進攻，守住了登步島南端的陣地。此時解放軍61師一時無法在派出部隊繼續增援登步島上的解放軍部隊，解放軍22軍部隊因為船隻和航渡距離的原因，也無法增援。解放軍61師領導分析了局勢，為了避免重蹈金門失利的覆轍，決定撤退。11月5日晚，解放軍登陸部隊先向流水岩發起佯攻，迫使國軍轉入防禦，然後解放軍登陸部隊1000餘人攜帶傷員乘船撤回桃花島。

登步島戰鬥，解放軍傷亡、失蹤1490人，國軍3200人被俘或陣亡。但解放軍未能攻占登步島。

解放軍進攻登步島受挫，是的解放軍方面開始重新思考戰略全局。解放軍遂戰士停止了對舟山群島的進攻，轉而開始總結經驗教訓。1949年12月5日，三野副司令粟裕親赴浙東召集三野7兵團和9兵團幹部開會，為下一步的渡海作戰做準備。

粟裕隨後將進一步進攻舟山群島的時間進行了推遲，並決定將對舟山群島的進攻由陸軍單獨完成改為陸海空三軍共同完成。同時，粟裕還增強了用於進攻舟山群島的陸軍的力量，將原本用於之後的台灣戰役的三野9兵團調來增援舟山戰役，並且從各地徵集了大量船隻，並對船隻進行了改造，確保了一次可以運載10萬人以上部隊登陸。

1950年4月15日，華東軍區召開了陸海空三軍聯席會議，確定了對舟山群島的進攻方案，決定使用20萬人分兩路在海軍掩護下登陸全殲舟山群島上的國軍。而解放軍海空軍方面，空軍已經在東南沿海形成了力量，並且奪取了舟山地區的制空權，海軍也形成了一支艦隊用於參加舟山戰役。

1950年4月底，解放軍第四野戰軍攻占海南島，進一步震動了舟山群島的國軍，加之國軍已經失去了舟山群島地區的制空權。蔣中正根據台灣優先的原則，決定從舟山群島撤軍。5月13日，國軍以飛機和炮兵頻繁轟擊解放軍陣地，同時島上國軍12萬人分批撤回台灣，同時撤走的還有島上2萬多百姓。

5月16日解放軍發覺國軍撤退，於是三野命令第21、第22、第23軍發起攻擊。16日夜，在東起登步島、西至冊子山的30海裏海面上全線同時攻擊。21軍於5月16日首先進占登步島。17日，上述三個軍占領舟山本島並相繼占領剩下島嶼。整個舟山戰役，國軍共有8000餘人陣亡。

歷史影響：

舟山戰役過後，中共華東軍區、第三野戰軍在攻占舟山群島的之外，還陸續在北起山東，南至福建的遼闊海域，分別渡海作戰，攻占了許多島嶼。

解放軍方面認為，舟山戰役第二階段，雖然未能全殲舟山群島的國軍守軍，制定的陸海空三軍協同作戰的方案也未能實行，但該計劃對國軍造成了極大的精神威脅，迫使國軍從舟山群島撤退，打破了國軍對長江口的封鎖並奪取了制空權，同時，舟山戰役也使解放軍部隊積累了渡海作戰的經驗。

另外，中共中央軍委也認為，舟山群島的解放，粉碎了國軍對長江口的封鎖，為海空軍尚顯薄弱的大陸海防安全創造了有利條件。