在炮火的掩护下，下午6时，天已擦黑。攻击部队纷纷登船出发，从海沧湾、沙坛湾鱼贯而出，分别驶向鼓浪屿。攻击部队没有料到一上船就碰上逆风行驶，船队又多是平底江船，波涛汹涌中，更是颠簸得厉害。战士和船工协力搏风击浪，一会儿波峰，一会儿浪谷，缆绳拉断了，桅杆打折，这都是练兵演习时从没有遇到过的。战士们还是穿过风浪，奋勇向前。
鼓浪屿国民党守军开始以猛烈的火力拦阻，照明弹将江岸海面照得通亮。船队逆风航至距岸二百米左右，国民党守军开始以猛烈的火力还击。因为风浪太大，攻击部队第一梯队的大部分船只没能在预定的突破口抵滩。船队被风吹散，大部分船只漂了回来；只有少数船只零星抵滩登岸，在滩头遭到国民党守军火力严重杀伤。
当晚11时，第九十一师又组织三个二梯队营起渡，还是因为风浪太大，大部分船只被漂回，只有两个排登陆上岸。
此次攻击厦门，叶飞将军采用了声东击西的打法。他判断敌人反击部队集中在厦门岛腰部。渡海登陆，佯攻鼓浪屿，造成敌人错觉，调动敌人纵深机动部队南调援救，这是佯攻方向；主攻方向放在厦门岛北部的高崎。首先渡海登陆强攻鼓浪屿，这是调动敌人很重要的一招棋。然而采取主力突然向西突围的战法。当然这是险招，叶飞一生只用过两次。
他的具体部署是以第三十一军的九十一师和九十三师组织攻击部队，强攻鼓浪屿，吸引国民党军主力。然后以第三十一军的九十二师和第二十九军的八十五师、八十六师在厦门实行偷袭，同时亦准备强攻，登陆后向纵深发展以占领全岛。攻厦期间，以第二十八军监视金门岛之敌，如发现其增援厦门或撤逃，则立即对金门发起攻击。
当时攻击鼓浪屿的情况十分严重。攻击船队被风吹散后，部队英勇地进行单船攻击，因而只有为数很少的部队登上岛岸，最后又与后方失去联系；但是，指战员有过长期战争磨炼出的孤胆作战的精神，下级指挥员失去了上级的指挥时仍能独立坚持战斗。第二七一团团长王兴芳冒弹雨率指挥船抵滩，中弹英勇牺牲。副团长田军率一个排在另一侧登岸后，连续炸开鹿砦、铁丝网，突入滩头地堡。第九十一师炮二连指导员赵世堂抵滩后，船被击沉，他率领十多名战士强行涉水登陆，突入前沿阵地，直插日光岩西侧制高点，在完全失去后援的情况下，坚持战斗至他最后一个人。
攻击鼓浪屿的浴血苦战是以失利结束的。但是登岛部队的顽强战斗，果然造成了汤恩伯的判断错误，误以为鼓浪屿是共军攻击的主攻方向，以为共军夺取鼓浪屿之后，将从鼓浪屿直攻厦门市区。汤恩伯立即将他掌握的预备队一个师投入鼓浪屿，包围了解放军登陆的部队，战斗更为激烈。汤恩伯并将控制于厦门岛腰部的机动部队南调至鼓浪屿。
登上鼓浪屿的部队以全部顽强战死的代价，牵动了国民党守军，为当天晚上在厦门本岛北部偷袭成功创造重要条件。当天黄昏，第三十一军和第二十九军中抽出的五个主力团突击部队登船起航，几百艘木船在茫茫夜幕掩护下顺风顺水，迅速地驶向预定地点。待国民党守军发现解放军的船队时，第三十一军的大部队已经在厦门岛北部多处抢滩登陆。大陆岸上的炮兵也在这时猛烈开火，摧毁了国民党军在海边的许多堡垒和工事。第九十二师一个突击营的船只在上千米宽的泥泞淤滩前靠岸，部队在敌人火力下艰难涉过淤泥，伤亡很大，仍奋勇向前。第二七四团战士陈勤登陆后，枪被淤泥塞管没法打，他就用身体堵住碉堡口，掩护了同伴登陆。有的部队登陆时失去了上级指挥，就自己组织攻击突入守军的前沿阵地。有的战士抢滩后被敌人打散，但都独立战斗拼到最后。经过了艰苦奋战，第二天清晨，从厦门岛北部登陆的部队终于占领了第一线阵地。
在厦门岛中段，第二十九军八十五师从高崎和神山两处同时撕开口子。高崎是日本人占领厦门时为防美军登陆而修筑的海防要塞，号称“海上堡垒”，汤恩伯以重兵把守。经一夜激战，解放军终于攻克了这个要塞。天亮后，又占领了高崎机场。
国民党守军丢弃一架运输机和几辆坦克向南逃窜。
在厦门岛东段，八十六师在钟宅、下马一线登陆。突击部队在夜色掩护下攀越经人工削修的陡壁，出其不意地突到国民党军阵地上，被他们误认为是自己人。国民党军醒悟过后，以坦克和装甲车为前导进行反扑。解放军突击部队伤亡很大，坚守海滩，与之苦战。
解放军突击部队多处登陆成功。国民党守军虽然竭力反击，但因其正面防线被解放军全线突破，陷入了顾此失彼、惊慌被动的境况。解放军建立了稳固的滩头阵地后，返航的船队冒着国民党飞机轰炸的危险，将后续部队源源运上厦门岛。10月16日白天，汤恩伯才判断出解放军的主攻方向不在鼓浪屿而在厦门本岛北部时，为时已晚。他赶忙调动手头仅有的一个团及特务头子毛森的特务营，在飞机掩护下进行反击。解放军一面施放烟幕使飞机迷失目标，一面以猛插纵深，抢占据点，以近战打击国民党反击部队，并在松柏山口全歼毛森特务营。至黄昏时分，国民党反扑部队残部只得向岛南逃跑。这时，汤恩伯对守岛已全无信心，率先向海逃去，部队失去指挥各自奔逃。
胜利之师受挫金门
厦门之役极大地鼓舞了第十兵团的官兵，特别是兵团指挥机关。然而胜利却埋下了失败的种子。被胜利激励的叶飞司令员没有对鼓浪屿的受挫引以为戒，导致了在攻击金门岛时受到重创。
在进攻之前，兵团内部也是有过争论的。比如韦国清政委就有过担心。
然而叶飞司令说服了他：“你太多虑了，我的大政委，厦门是敌人有永久性设防工事的要塞，守军是号称‘小白崇禧’的汤恩伯集团，兵力充足，有海、空军支援，已被我军攻克；而金门岛弹丸之地，又没有什么坚固工事，守军名义上是一个兵团，实际上不过二万残兵败将，说实话，要不是蒋介石严令固守，李良荣早在我军攻克厦门之际就弃岛南逃了。我用一个主力军加二十九军的两个主力团攻金，已是绰绰有余了。再说原作战部署本来就是由二十八军攻金嘛，没有必要再改变部署。
我还是那句话：此役必胜！”
而此时，蒋介石对金门却绞尽脑汁。
他经过这些日子的反复考虑，看到汤恩伯的节节败退，认为他确实不是阻止共军占领大陆沿海岛屿的最佳将领。他掐指一算，在所剩无几的少壮派将领中，也只有那个40出头的胡琏。
胡琏，黄埔军校四期生，毕业后由基层干起，历经诸多战役，最近由军长升至第十二兵团司令官。蒋介石对他印象深的是两件事。一件是1943年5月，日军发动鄂西攻势，溯江而上，进窥巴蜀，妄图夺取四川门户的石牌要塞，当时担任师长的胡琏，在各线友军失利的情况下，率部孤军奋战，浴血抗击数倍之众的日军，终于固守石牌，击溃日军。胡琏从此名声大震。这两年，胡琏以善于与共军周旋而颇有名气。另一件事是1948年年底，十二兵团为救在徐州战场被围的杜聿明部队，而被解放军诱入“口袋”，包围于安徽蒙城的双堆集。已因父亲病故请假在外的胡琏，奉蒋介石之命，乘坐小飞机降落回到阵中，与黄维一同指挥作战。在解放军的进逼下，黄维和胡琏只好率部突围，两人都身带大量安眠药，准备突围不成时自杀。胡琏在突围时，背部已多处中弹。他被接应的骑兵救出重围，住进上海虹口天主堂医院治疗，从其背部取出32粒弹片。白崇禧对其素来极为赏识。他听说胡琏住院，特别从华中剿总驻地武汉给胡写了封亲笔信。信中称白将向中枢建议，任命胡为兵团司令官（当时胡为兵团副司令官），驻扎于湖北境内。胡因一贯追随蒋介石，看了白的亲笔信，对人表示：“疾风知劲草，板荡识忠臣。黄埔子弟，岂能朝秦暮楚！”
胡乃将白的来信，投到火炉里去，未加理会。蒋介石获知，益发欣赏胡琏。所以9月底，解放军叶飞兵团进逼厦门时，蒋介石于10月上旬让胡琏的十二兵团从汕头派十八军的两个团乘船驰援金厦。汤恩伯曾借一个团到厦门城街道阅兵游行，以示军威。10月14日广州失守后，蒋介石收缩防线，下令整个十二兵团归东南长官指挥，并即船运舟山。
就在十二兵团的船队在海里向北行驶途中，10月17日传来厦门失守的消息。
蒋介石感到厦门已失，金门危在旦夕。18日，胡琏在海上给他来电，请示厦门失守后是不是让十二兵团撤回台湾？蒋介石拍了两个电报：一个电令胡琏从海上赶来台北，让他去主持金门防卫，以十二兵团司令官名义兼任福建省主席，取代汤恩伯；另一个电报是命由汕头乘船去舟山的第十九军，改航金门接防。
蒋介石的这个布置正好造成了解放军攻击部队的重大失误。
10月24日这天，厦门刚刚解放了一个星期。厦门城里正在欢天喜地地庆祝新生。解放军第十兵团指挥部也由同安县城迁到厦门来了，打扫干净的庭院，门口挂上了军管会的牌子。新生的城市百废待兴，叶飞他们的确也忙得不可开交。外加胜利的喜悦，更加坚信解放军“无坚不摧”。
