翁达旅覆灭，韩德勤顽军主力李守维第八十九军完全暴露，粟裕指挥部队发起总攻，一夜激战，全歼李守维的军部。李守维企图渡河逃跑，失足落水，淹死在八尺沟河中。韩德勤见大势已去，率领一千多名残部逃走。黄桥大捷，歼敌一万一千人。
10月下旬，刘少奇率领中原局机关到达苏北阜宁东沟，与黄克诚会合。不久，新四军与八路军南下部队在海安会师。11月17日，华中新四军、八路军总指挥部在海安成立，叶挺任总指挥，陈毅任副总指挥，刘少奇任政治委员。陈毅又欣喜地赋诗一首：
十年征战几人回，又见同侪并马归。江淮河汉今谁属？红旗十月满天飞。
与黄桥战役同时，日军调集重兵，在安徽南部进行残酷的“扫荡”。从繁昌和南陵出动的五千多名日军，在航空兵配合下，分兵向泾县扑来，企图围歼新四军军部。
大敌当前，叶挺身边只有少数兵力。驻云岭北面的第一团和军直特务团第一营的二百多人，加上教导总队的一千多名学员，就是全部可以动员的力量。但是，叶挺很有信心打胜仗。他当军长已有三年，时时都希望上前线与日军搏杀。
10月2日，日军从戴家会和三里店向南进犯。新四军埋伏在连绵起伏的山地，节节抵抗，在龙洋岗、凤凰山和台山等地，有效地杀伤日军。日军整整行进了六天六夜，只向前推进了十公里。
7日傍晚，日军进入汀潭。没等日军站稳脚跟，叶挺指挥从中村和茂林赶来增援的部队，把日军赶了出去。这路日军离云岭不过七公里，却不敢再向新四军军部推进，被迫转向青弋江西岸的泾县县城。
9日，日军在泾县城内到处放火，烧毁泾县宣纸厂的一些厂房。叶挺率领部队冲入硝烟弥漫的县城，一边作战一边灭火。战斗结束后，新四军帮助民众修复住房。民众为他们举行了祝捷慰劳大会，称他们为“救苦救难菩萨军”。
与此同时，广西人周子昆指挥的新四军部队，在汀潭东北阻击另一路日军，几天苦战，把日军打退，还乘胜攻下了南陵。
回头再说韩德勤。他是顾祝同的嫡系，而顾祝同是一直追随蒋介石的，不像阎锡山和李宗仁这些地方实力派拥有自己的地盘和军队。到了抗战时期，顾祝同好不容易抓住了培植实力的机会，便把老同学兼同乡韩德勤派到苏北，惨淡经营，保住了苏北这块地盘和第八十九军这支实力。黄桥一役，韩德勤遭到重创，如同挖了他的心头肉。他非常气恼，要在蒋介石支持下，为自己仅有的嫡系出一口恶气。
12月9日，蒋介石发布命令，限长江以南的新四军于31日前开到长江以北，黄河以南的八路军和新四军于第二年1月30日前开到黄河以北。
1941年的第四天，新四军的《抗敌报》发表长篇社论，题为《临别之言》，同时还发表了叶挺和项英等人的《告皖南同胞书》。
当晚，军部将九千人马编成三个纵队，分三路进发。从云岭驻地先向东南行进，绕道茂林，准备经三溪、旌德、宁国和郎溪，沿着天目山麓，推进到溧阳苏南根据地，然后待机北渡长江，向江北转移。
连日大雨，皖南部队行动受阻，第二天才到达茂林地区。与此同时，国民党七个整师八万多人，遵照顾祝同和上官云相的命令，正日夜兼程向新四军皖南部队进逼。
7日，新四军在星潭附近遭到国民党第四十师拦击，第二天被迫改向西南廉岭和高岭方向行动，又遭到国民党第七十四师阻击，无法前进，便改向茂林方向突围。
1月8日，理应是一个吉祥的日子。然而，由于蒋介石同室操戈的可耻行为，它将新四军的悲壮牺牲记入了抗战的史册。
这天清晨，项英率领军部撤退到丕岭以西的里潭仓。也是这一天，国民党顽军新编第七师和第一四四师已经占领云岭和茂林等地，第四师和第一四四师加紧从东西两面对皖南的新四军部队发动进攻。叶挺指挥部队顽强抵抗，激战一天，将顽军击退。
叶挺率领部队转移到茂林以东五公里处的石井坑，准备整顿队伍继续突围，又遭到顽军四个师的围攻，石井坑失守。与冼星海齐名的音乐家任光，在石井坑战役中壮烈牺牲。他的不屈的灵魂寄托在《渔光曲》、《大刀进行曲》和《打回老家去》这些歌曲里，强烈地影响着抗战时的中国，一直流传至今。
周恩来惊闻皖南事变，立即分别向蒋介石、何应钦、白崇禧和顾祝同等人提出严重抗议。在给蒋介石的信中，周恩来要求他立即命令国民党部队撤围，给北上的新四军让路。蒋介石表面答应，背地里却督令顾祝同加紧围攻，务必“一网打尽，生擒叶项”。
国民党军五个师在12日对新四军皖南部队实施向心合击。14日晚，战斗基本结束。皖南新四军九千多人，除一千多人突围外，大部分牺牲或被俘。叶挺在与顽军作最后谈判时被扣，项英和周子昆在一个山洞里被贪财的叛徒杀害，袁国平突围时牺牲 被俘的新四军官兵被押送到上饶集中营，遭到惨无人道的迫害。
皖南事变发生后的第十天，中共中央发言人发表谈话，全面揭露蒋介石摧残抗日力量的罪行。周恩来和廖承志等人在重庆和香港同国民党顽固派进行了针锋相对的斗争。