解放戰爭時期，中國人民解放軍的主力部隊之一，是由抗日戰爭時期在華中的新四軍大部和在山東的八路軍一部逐步發展起來的。
1945年8月日本投降後，遵照中共中央的決定，山東八路軍主力挺進東北，新四軍軍部率主力北移山東，以軍部兼山東軍區領導機關，統一領導山東和華中地區的野戰軍、地方軍和民兵工作，由新四軍軍長陳毅和政治委員饒漱石兼山東軍區司令員和政治委員。1945年10月，進到山東的新四軍主力一部和留在山東的八路軍主力一部，組成津津浦前線野戰軍，1946年1月改稱山東野戰軍，陳毅任司令員，黎玉任政治委員，宋時輪任參謀長，唐亮任政治部主任。下轄第1、第2縱隊和第7、第8師，共7萬餘人。留在華中的新四軍部隊，於1945年11月組成華中野戰軍，粟裕任司令員，譚震林任政治委員，劉先勝任參謀長，鐘期光任政治部主任。下轄第6、第7、第8、第9縱隊，共4萬餘人。兩支野戰軍，分別對國民黨軍的進攻進行自衛反擊，保衛瞭山東和蘇皖解放區。1946年1月13日國共兩黨停戰協定生效後，山東、華中兩支野戰軍進行休整，開展百日大練兵，支援解放區建設。在此期間，華中野戰軍第8、第6縱隊改稱第1、第6師，另增建瞭第10縱隊。
1946年6月下旬，國民黨軍向解放區發動全面進攻後，山東野戰軍在膠濟、津浦鐵路沿線和淮北地區迎擊，華中野戰軍7、8月間舉行瞭蘇中戰役。由廣東北撤的東江縱隊於7月初到達山東解放區，從中原突圍的中原軍區第1縱隊第1旅，於7月20日到達蘇皖解放區，改稱第13旅，加入華東部隊作戰序列（1947年1月改為華東野戰軍第1縱隊獨立師）。9～11月，山東、華中野戰軍在淮陰、漣水地區會師，傳達學習中共中央軍委指示，總結作戰經驗，統一作戰思想。12月和次年1月，接連取得瞭宿北戰役和魯南戰役的勝利。
1947年1月下旬，遵照中共中央軍委命令，山東野戰軍、華中野戰軍合並為華東野戰軍，並成立中共華東野戰軍前線委員會，陳毅任司令員兼政治委員和前委書記，粟裕任副司令員，譚震林任副政治委員，陳士榘任參謀長，唐亮任政治部主任。下轄11個步兵縱隊和1個特種兵縱隊。其中，第1、第2、第3、第4、第6、第7、第8、第9、第10等9個縱隊和特種兵縱隊，共27萬餘人，在山東戰場作戰；以華中野戰軍第7、第10縱隊改為第11、第12縱隊，並分別兼蘇中、蘇北軍區，留在蘇皖地區堅持敵後鬥爭。為搞好整編，中共華東野戰軍前委在臨沂附近召開擴大會議（魯南會議），陳毅代表前委作瞭一面打仗、一面建設的報告，強調增強整體觀念，實行以戰養戰、以戰教戰。這次會議對爾後華東野戰軍的建設和作戰有重要指導作用。2月，勝利地進行瞭萊蕪戰役。
華東野戰軍司令員兼政治委員陳毅（左五）與副司令員粟裕（左三）、副政治委員譚震林（右一）等合影
同年3月，國民黨軍對解放區開始重點進攻，以24個整編師計60個旅的兵力進攻山東解放區。華東野戰軍以極大的耐心尋找戰機，於5月中旬，在孟良崮戰役中全殲國民黨軍精銳部隊整編第74師，打亂瞭其重點進攻計劃(見彩圖)。5月下旬，為加強戰時後勤保障工作，華東野戰軍成立後勤司令部、政治部。為配合晉冀魯豫野戰軍南渡黃河作戰，華東野戰軍遵照中央軍委指示，於6月30日派第1、第4和第3、第8、第10等5個縱隊分別向魯南和魯西出擊，調動和分散瞭敵人，在其他解放區軍民的配合下，基本打破瞭國民黨軍對山東的重點進攻。
1947年5月，孟良崮戰役中人民解放軍全殲國民黨軍五大主力之一整編第74師。圖為擔任主攻的人民解放軍一部在運動中
8月，遵照中共中央關於以主力打到外線去，將戰爭引向國民黨區域去的戰略方針，為配合晉冀魯豫野戰軍挺進大別山和豫西，由陳毅、粟裕率第6縱隊及特種兵縱隊主力，會同由陳士榘、唐亮率領先期到達魯西南地區的第1、第3、第4、第8、第10縱隊，以及劃歸華東野戰軍指揮的晉冀魯豫野戰軍第11縱隊，組成外線兵團（又稱陳粟野戰軍），執行外線進攻作戰任務；以第2、第7、第9縱隊及新建的第13縱隊，組成內線兵團，由許世友任司令員，譚震林兼政治委員，擔負內線作戰任務。9月上旬，外線兵團在魯西南地區進行瞭沙土集戰役。9月26日，第1、第3、第4、第6、第8等5個縱隊橫越隴海路，進軍豫皖蘇邊區，協同晉冀魯豫野戰軍開創中原解放區。內線兵團於9～12月進行瞭膠東保衛戰，最後結束瞭國民黨軍對山東的進攻，有力地配合瞭外線兵團的戰略進攻。12月，由原中原軍區第1縱隊第1旅改編的獨立師奉命劃歸晉冀魯豫軍區建制。
1948年春，華東野戰軍進行以“三查”(查階級、查工作、查鬥志)、“三整”(整頓思想、整頓組織、整頓作風)為主要內容的新式整軍，廣泛發揚民主，掀起練兵熱潮，進一步開展立功運動，戰鬥力大為提高。同年3月，為便利作戰指揮，華東野戰軍一度調整編組：以第1、第4、第6縱隊組成第1兵團，以第7、第9、第13縱隊和新建的渤海縱隊組成第2兵團（亦稱山東兵團），以第3、第8、第10縱隊組成第3兵團，以第2、第11、第12縱隊組成第4兵團（亦稱蘇北兵團）。後因任務變化，兵團番號沒有繼續沿用。
同年3～5月，陳毅、粟裕率華東野戰軍機關及第1、第4、第6縱隊由中原北渡黃河，進至濮陽整訓，準備而後渡長江南下，執行開辟閩浙贛新解放區的任務。人民解放軍總司令朱德曾親臨指導工作。陳士榘、唐亮率第3、第8、第10縱隊並指揮晉冀魯豫野戰軍第11縱隊繼續在中原作戰，同陳謝集團一起進行瞭洛陽等戰役。山東兵團在膠濟鐵路西段、中段發動攻勢，連克張店、周村和濰縣等重鎮。第2縱隊南下蘇北，會同堅持在華中的第11、第12縱隊，組成蘇北兵團，由韋國清任司令員，陳丕顯任政治委員。5月，中共中央決定，粟裕兼任華東野戰軍副政治委員，宋任窮任副政治委員；陳毅參加中共中央中原局工作，其不在位期間，軍政職務由粟裕代理。並決定第1兵團仍留中原地區作戰一個時期，改由第1、第4、第6縱隊各抽一部組成先遣縱隊，先行渡江南下（該縱隊組成後，挺進至江北無為地區，準備南渡。後因情況變化，部隊留淮南堅持鬥爭，並參加瞭淮海戰役。1949年2月該縱隊番號撤銷）。5月底，粟裕率第1、第4、第6縱隊南渡黃河，接著統一指揮第3、第8、第10縱隊及中原野戰軍（晉冀魯豫野戰軍改稱）第9、第11縱隊，進行瞭豫東戰役，攻克開封，殲滅區壽年兵團。與此同時，山東兵團攻克兗州。7月，魯中南縱隊組成，歸山東兵團建制。8月，華東野戰軍外線兵團和內線兵團會師，並於9月中、下旬進行瞭濟南戰役(見彩圖)。隨後，中共華東野戰軍前線委員會在曲阜召開師以上主要領導幹部會議，傳達中共中央政治局9月會議精神，通過瞭關於加強組織紀律性的決議。華東野戰軍所有團以上黨委，都以加強紀律性為中心進行學習，並通過瞭相應的決議。同年冬，在中共中央軍委和中共淮海戰役總前線委員會的統一組織指揮下，華東野戰軍同中原野戰軍一起，進行瞭淮海戰役，殲滅國民黨軍55.5萬餘人，解放蘇、皖兩省長江以北地區，為而後渡江和解放江南廣大地區創造瞭條件。
1948年9月，人民解放軍攻克山東省會濟南
華東野戰軍特種兵縱隊的坦克部隊，乘火車沿津浦鐵路南下參加淮海戰役
1949年1月下旬至2月底，中共華東野戰軍前委在徐州東北的賈汪，召開擴大會議，傳達學習中央指示，研究渡江作戰和部隊整編，制定有關進入城市和新區農村工作的政策。在此期間，遵照中共中央軍委1月15日的命令，華東野戰軍改稱第三野戰軍，陳毅任司令員兼政治委員，粟裕任副司令員兼第二副政治委員，譚震林任第一副政治委員，張震任參謀長，唐亮任政治部主任。中共華東野戰軍前委改稱第三野戰軍前委，陳毅仍為書記。將所屬部隊58萬餘人整編為4個兵團共16個軍：第7兵團，司令員王建安，政治委員譚啟龍，轄第21、第22、第23、第35軍；第8兵團，司令員陳士榘，政治委員袁仲賢，轄第24、第25、第26、第34軍；第9兵團，司令員宋時輪，政治委員郭化若，轄第20、第27、第30、第33軍；第10兵團，司令員葉飛，政治委員韋國清，轄第28、第29、第31軍；另第32軍，先隸屬山東軍區，後劃歸第10兵團；特種兵縱隊仍直屬野戰軍。3月，由原東江縱隊改編的兩廣縱隊，奉命改歸第四野戰軍建制。
第三野戰軍某部渡江前舉行宣誓大會
同年4月20日夜，第三野戰軍和第二野戰軍及第四野戰軍一部發起渡江戰役，先後突破國民黨軍的長江防線，23日解放南京（見彩圖）。接著，在當地中共黨組織和遊擊隊的配合下，迅速解放杭州和蘇南、皖南等地，5月27日解放上海。6月，華東軍區與第三野戰軍的領導機構合並（番號仍各保留）。7月，第10兵團進軍福建，至10月下旬，解放瞭福州、漳州、廈門。在此期間，山東青島和長山列島也相繼解放。至此，華東大陸及沿海大部分島嶼均已解放。為適應形勢發展的需要，中共中央軍委決定：第7兵團兼浙江軍區；第10兵團兼福建軍區；第8兵團部撤銷，組成新的華東軍政大學，陳毅兼校長及政治委員；組成淞滬和南京兩個警備區；抽調建制部隊組建海軍、防空軍和兵種部隊。到1949年12月，第三野戰軍發展到82萬餘人。
1949年4月23日，人民解放軍解放南京。圖為人民解放軍占領“總統府”
1950年4月，遵照中共中央決定，第三野戰軍番號撤銷。8月11日，中共中央軍委批準撤銷第三野戰軍前委。第三野戰軍所屬部隊均並入華東軍區序列。
解放戰爭時期，第三野戰軍在中共中央軍委和華東局、中原局的領導下，在兄弟野戰軍和地方武裝的配合下，在廣大人民群眾的支援下，共殲滅國民黨軍245萬餘人，勝利地完成瞭解放華東大陸的任務，為中國人民的解放事業作出瞭巨大貢獻。在戰爭中，第三野戰軍犧牲瞭11萬多名幹部戰士，其中包括華中野戰軍第10縱隊司令員謝祥軍、華東野戰軍副參謀長張元壽等195名團以上幹部，湧現出“濟南第一團”、“濟南第二團”、“洛陽營”等光榮集體和1163名戰鬥英雄、2.7萬餘名模范人物，立功的達56萬餘人次。