解放战争中，第三纵队的战史、战绩亮点是：
上党战役，第三纵队的前身太行纵队在南进途中，首先攻克襄垣，打了一场漂亮的序幕战。接着，作为主攻尖刀，在战役发起后，勇猛攻克城防设施较坚固的屯留，共毙伤俘国民党军3100余人，首战告捷。在佯攻长治，积极打援的战斗中，太行纵队作为右翼主力，采用“层层剥笋”的办法，白天用冷炮冷枪杀伤对方，夜间利用塄坎死角接近对方，发起突袭，打了一场堪称经典的磨盘垴战斗。
定陶战役，作为左集团主力之一，在围歼国民党军整编第三师残部的战斗中，活捉该师师长赵锡田，取得辉煌战果。延安《解放日报》评论定陶战役：“是继中原我军突围胜利和苏中大捷之后的又一次大胜利。”
巨野战役，作为三把攻坚尖刀中最锋利的，先后在曹垓、东西蒋庄、章缝集与国民党军主力整编第十一师激战。这是晋冀鲁豫野战军与国民党军王牌部队的第一次真正交手。在这次战役中，第三纵队的战果最大。
巨金鱼战役，作为攻坚的三把尖刀之一，首先攻克城墙厚实的巨野城;接着，冒雪南下鱼台打援时，在野外吃掉敌人两个团;然后，与第六纵队在金乡以西歼灭汉奸张岚峰一个旅;最后，第三纵队乘胜攻克成武县。此役奠定了第三纵队在晋冀鲁豫野战军中头等主力的地位。
鲁西南战役，作为刘邓大军的主力之一，奉命与第二纵队联合在羊山集围攻国民党军王敬久集团的主力整编第六十六师，经过12天恶战，全歼守敌，并协助第二纵队俘获敌师长宋瑞珂。羊山集恶战，是刘邓大军经历的最激烈、最残酷的战斗。第三纵队的攻坚能力在血战中进一步提高。
千里跃进大别山，第三纵队在无后方依托的条件下进行张家店战役，全歼国民党军第八十八师师部及第六十二旅5300余人，取得了纵队第一次消灭国民党军一个正规旅以上的胜利，也是刘邓大军进入大别山以来首次大捷，对巩固、发展皖西根据地和坚持大别山斗争起了极为重要的作用。
淮海战役，在宿县攻坚战中，第七旅主攻宿县东门，40分钟即攻入城内。第九旅在西关助攻时，奋勇爆破登城，直插敌阵地纵深，对主攻方向起了积极配合作用。在双堆集围歼战中，第三纵队参加西攻击集团，第七旅与敌第十军三争马围子，血战七昼夜，全歼马围子守敌。最后围剿黄维兵团残部时，第七旅活捉黄维。
