塔山并不是山，是因一个叫塔山的村子而得名的。塔山东临渤海，西靠虹螺山和光秃秃的白台山，是北宁线上一个百十户人家的村庄，村北有条东西走向的丘陵。塔山中间为一条宽10余公里的狭长起伏地带，北宁铁路纵贯期间，是葫芦岛通往锦州的咽喉要道。
国民党军东进兵团增援锦州，必经之路就是塔山。只要突破塔山，用不了两个小时，国民党军即可进抵锦州，对攻城的解放军施行反包围。
东野意识到塔山的重要性，锦州能不能攻克，关键是能否守住塔山，赢得攻锦所必须的时间。
鉴于锦西以北之大小东山和锦州以南之松山皆为国民党军阵地，两锦之间国民党军相距只有30余公里，以及阻援部队回旋余地狭小的情况，林彪、罗荣桓、刘亚楼于10月4日指示第2兵团司令员程子华、参谋长黄志勇：“我军绝对不能采取运动防御方法，而必须采取在塔山、高桥及其以西以北布置顽强勇敢的工事防御，以4纵一两个师的兵力，构筑工事，加强防御的军政训练，准备在此线死守不退，在阵地前大量消耗敌人有生力量，准备抵抗敌人数十次猛烈进攻，待敌消耗疲劳进退两难之时，再集中11纵全部及4纵一两个师的兵力组织反突击，将敌人大量歼灭于我阵地之外。”（中国人民解放军历史资料丛书：《辽沈战役》，第155、第156页）
据此，第2兵团确定了塔山地区防御部署：
以第4纵队位于东起打渔山、西至白台山12公里正面，担任主要防御任务。其中以塔山左右8公里为重点防守地段；以第11纵队位于第4纵队右翼之槐树沟、王家屯南北地区，担任辅助防御任务；以独立第4、第6师位于锦西以南地区，独立第8师位于山海关附近地区，积极活动牵制敌人。
根据野战军和兵团首长赋予的任务，第4纵队司令员吴克华、政治委员莫文骅确定：以第12师和第11师第32团为第一梯队，担任正面防御任务；以第10师和第11师主力为预备队，适时协同第一梯队作战。将炮兵集中使用，组成2个炮兵群，分别支援塔山东西部队作战。各部于10月6日至8日占领阵地，迅速抢修工事，在三四天时间内，构筑各种掩体2600多个，挖掘交通壕9500米，防坦克壕6000米，形成了比较完整的阻击阵地。
10月10日，塔山阻击战开始。这天，阙汉骞指挥暂编第62、第8、第151师，在40余门重炮、7架飞机和2艘军舰的火力支援下，分路向东起打渔山，西至北山阵地发起猛攻。4时，暂编第62师一部袭占打渔山阵地，主力向塔山桥及其以东地区攻击；第8师全力攻击塔山；第151师以一部兵力进攻北山南侧阵地。主力向白台山阵地进攻。第4纵队等部顽强抗击，并适时组织强有力的阵前反击，打退了国民党军的猛烈进攻，夺回了一度失守的打渔山阵地。第一天，共歼东进兵团千余人，自己伤亡300余人。同日，华北国民党军独立第95师到达葫芦岛。
11日，阙汉骞又将第157师投入攻击，并与第62军军长林伟俦到鸡笼山阵地督战。敌第8师在炽烈炮火掩护下，猛攻解放军第34团坚守的塔山阵地。在30分钟内即发射炮弹3000余发，并组织了四五次整营整团的集团冲击，均被第34团击退。第8师副师长施有仁在记述攻击塔山的情形时说：“由于解放军集中优势炮兵火力，实行奇袭阻击，我方炮兵受到很大威胁与压制，其炮火之猛烈，是我们部队对共产党部队作战以来所仅见。我们作战，从来都是靠空军压制敌人，以绝对优势炮火开辟前进道路。而现在，初次遇到我方炮火处于劣势状态，部队士气受到极大震动。”（《辽沈战役亲历记》（原国民党将领的回忆），第274页）
11日下午，国民党军东进兵团司令官侯镜如率第92军第21师到达葫芦岛，并连夜召集各军、师长和参谋长会议，商讨下一步作战方案。侯镜如决定采取稳扎稳打，以主力沿锦葫铁路、公路正面推进的方针。其部署是：以战斗力较强的独立第95师担任对塔山的主要攻击；以第62军担任对白台山地区的攻击；以第8师担任对铁路桥头堡的攻击；以第198师、暂编第57师担任锦、葫守备；以第21师、暂编第62师为总预备队。12日准备一天，13日拂晓发起全线攻击。
与此同时，第4纵队司令员吴克华、政治委员莫文骅根据敌东进兵团部队频繁调动情况和侦察得来情报分析判断，认为敌人下步可能向塔山及其以东铁路桥头堡方向实施主攻，并根据我阻击部队伤亡情况，对防御部署作了相应调整。鉴于第12师连日来伤亡较大，决定缩小其防御正面，从纵队预备队抽出第10师第28团接替第12师第34团塔山以东防御阵地；另经兵团批准，将第11师第31团守备的第一线阵地移交第11纵队担任，该团转移到第12师侧后，加强纵深配置；第32团撤出第一线，转移至王善屯附近为纵队预备队。
13日拂晓，国民党军东进兵团在数十门重炮和“重庆号”巡洋舰舰炮及空军火力支援下，以塔山为中心发动钳形攻势。独立第95师和第8师向塔山和铁路桥头堡猛攻，第151、第157师向白台山东南阵地进攻。独立第95师以“敢死队”为先锋，以整营整团为波次，向解放军第28团坚守的塔山以东阵地连续发起了9次“波浪式”冲击。第28团第1连只剩30几人，在身负重伤的指导员程远茂指挥下，仍顽强地守住了阵地。此日，解放军第4纵队伤亡1048人，国民党军东进兵团伤亡1245人。莫文骅认为，这一天“是对塔山存亡有决定意义的惊天动地的一天”（《辽沈决战》（上册），人民解放军出版社，1988年10月版，第380页）。
为支援塔山地区阻击作战，东北野战军总预备队第1纵队于13日夜进入高桥地区。同日晚，侯镜如召开东进兵团三军作战会议，决定14日晨7时，陆海空一齐轰击塔山阵地，“务期于当午一举进占塔山”（《戡乱简史》，第253页）。
此时，锦州危在旦夕，蒋介石严令东进兵团于14日“拂晓攻下塔山，12时进占高桥，黄昏到达锦州”（《辽沈战役敌情资料》，第26页）。南京国防部亦令“锦西兵团以最少兵力守备，锦葫主力不顾一切向锦州挺进”（国民党政府：《国防部三十七年（1948）秋季东北方面作战经过概要》）。据此，东进兵团提前于14日5时以4个师兵力，以塔山为重点实施轮番攻击，曾先后9次突入塔山阵地，均被解放军顽强击退。15日凌晨2时许，侯镜如又集中5个师兵力，用偷袭手段，企图在常家沟至高家滩地段突破解放军阵地，又告失败。当日黄昏，锦州范汉杰部全部被歼，东进兵团仍被阻于塔山以南地区。在人民解放军的顽强阻击下，只能望着塔山发出“撼泰山易，撼解放军难”（《辽沈战役亲历记》（原国民党将领的回忆），第286页）的悲叹。蒋介石则破口大骂：“我们的将领真无用，以3个军加上优势空军炮火，把塔山都打平了，都不能攻进去，可惜我浪费了20发24生的炮弹。”（《辽沈战役亲历记》（原国民党将领的回忆），第18页）而东进兵团各级指挥官则“怪蒋介石不明敌情、地形，强令向塔山攻坚，致遭无意义的牺牲”。（《辽沈战役亲历记》（原国民党将领的回忆），第18页）16日，蒋介石鉴于锦州城破，遂下令东进兵团撤回锦西。塔山阻击战遂告胜利结束。
第4纵队在第11纵队等部配合下，经过6昼夜的鏖战，以伤亡3000余人的代价，顽强抗击了东进兵团陆海空立体进攻，歼灭国民党军6500人，有力的保障了主力攻锦作战的胜利。东北野战军领导人高度评价塔山阻击战，称该战是“模范的英勇顽强的防御战”，“对我当时攻击锦州，取得调整部署与攻击准备时间，起了决定的作用”（林彪、罗荣桓、刘亚楼、谭政关于《九十两月作战一般情况总结》给毛泽东的电报，1948年11月8日）。塔山阻击战充分体现了人民解放军英勇顽强的大无畏精神，创立了野战阵地坚守防御的光辉范例。战后，第4纵队授予第34团“塔山英雄团”称号、第36团“白台山英雄团”称号、第28团“守备英雄团”称号、纵队炮兵团“威震敌胆”称号。