抗日战争转入大反攻后，遵照中共中央军委指示，八路军山东军区机关和部队大部进军东北，新四军军部率一部分主力由华中北移山东。留在华中地区坚持斗争的新四军部队于1945年10～11月成立华中军区和华中野战军。华中军区由张鼎丞任司令员，邓子恢任政治委员，粟裕、张爱萍任副司令员，谭震林任副政治委员兼政治部主任。1946年1月，北移山东的新四军与山东军区合并，组成新四军兼山东军区和山东野战军。山东军区由新四军军长陈毅、政治委员饶漱石分别兼任司令员、政治委员，副军长张云逸兼任副司令员（后罗炳辉任新四军副军长兼第二副司令员），黎玉任山东军区副政治委员兼新四军副政治委员，陈士榘任参谋长，舒同任政治部主任，统一领导山东、华中地区的军事斗争。1947年2月初，华东地区的人民解放军统一整编，撤销新四军兼山东军区、山东野战军和华中军区、华中野战军番号，成立华东军区和华东野战军。华东军区由陈毅任司令员，饶漱石任政治委员，张云逸任副司令员，黎玉任副政治委员，陈士榘任参谋长，舒同任政治部主任，袁仲贤、周骏鸣任副参谋长，唐亮、张凯任政治部副主任。下辖渤海军区（袁也烈任司令员，景晓村任政治委员）、胶东军区（许世友任司令员，林浩任政治委员）、鲁中军区（王建安任司令员，向明任政治委员）、鲁南军区（张光中任司令员，傅秋涛任政治委员）、苏中军区（华东野战军第11纵队兼，管文蔚任司令员，姬鹏飞任政治委员）、苏北军区（第12纵队兼，陈庆先任司令员，曹获秋任政治委员）和东江纵队（后扩编为两广纵队，归华东野战军建制）、华东军政大学等，共约36万人。2—5月，华东军区部队配合华东野战军进行了莱芜、泰蒙、孟良崮等战役。
1948年初，华东军区部队进行以“诉苦”（诉旧社会和反动派给予劳动人民之苦）、“三查”（查阶级、查工作、查斗志）为主要内容的新式整军运动。3月，苏北、苏中军区合并组成新的苏北军区，管文蔚任司令员，陈丕显任政治委员。5月29日，淮南、淮北军区合并组成江淮军区，陈庆先任司令员，曹获秋任政治委员。7月下旬，鲁中、鲁南军区合并组成鲁中南军区，傅秋涛任司令员，康生任政治委员。9月至年底，军区部队配合野战军进行济南战役、淮海战役。
1949年2月，华东军区机关离开山东随第三野战军（由华东野战军改称）南下，中共中央军委决定成立新的山东军区，归华东军区领导，张云逸兼任山东军区司令员，康生任政治委员。4月，华东军区部队参加渡江战役，同时成立苏南军区，并将江淮军区及中原军区所属之皖西军区等合并为皖北军区，曾希圣任司令员兼政治委员。5月成立皖南军区，刘飞任司令员，牛树才任政治委员。6月，华东军区机关与第三野战军机关合并（保留各自番号），统一指挥野战军和地方部队，同时指挥在皖南、浙南、闽赣边等地坚持斗争的游击武装。至1950年初，华东军区辖第三野战军所属各部队和山东、浙江、福建、苏北、苏南、皖北、皖南等军区和淞沪、南京警备区及院校、海军等，共120余万人。各部队在新解放区开展大规模剿匪斗争，至1951年9月，共歼灭国民党军残余及土匪武装23万余人，有力地配合了土地改革、镇压反革命运动和抗美援朝。
1950年4月，中共中央决定撤销野战军、兵团两级机构（第三野战军番号实际上沿用至1955年）。至1951年底，相继组成华东军区海军、空军、公安部队、防空部队和炮兵、工程兵、装甲兵等领导机关。1952年1月，皖南、皖北军区合并为安徽军区，曾希圣任司令员兼政治委员。11月，苏南、苏北军区合并为江苏军区，刘先胜任司令员，柯庆施、萧望东、黄火星先后任政治委员。华东军区与第三野战军合并后，粟裕、许世友先后任华东军区副司令员，谭震林、唐亮先后任副政治委员，张震、张爱萍先后任参谋长，唐亮、萧望东先后任政治部主任和代主任，张翼翔、覃健、王德先后任副参谋长，钟期光、鲍先志先后任政治部副主任。至1954年9月，华东军区指挥所属部队先后解放了除台湾、澎湖、金门等岛以外的华东沿海各岛屿，并击退国民党军对福建省南日岛、东山岛的窜犯。在美国政府和台湾国民党当局预谋签订《共同防御条约》前后，华东军区福建前线部队对盘踞大、小金门岛的国民党军进行了惩罚性炮击。全区部队在保卫海边防和巩固人民政权的同时，还积极支援国家社会主义建设，参加长江下游、淮河沿岸的抗洪抢险救灾斗争；大力开展军事训练和政治、文化学习，促进了部队的革命化、现代化、正规化建设。
1955年4月，根据国务院2月11日关于全国军区重新划分的决定，华东军区改编为南京军区。原属华东军区的山东军区改编为济南军区。
