1944年3月5日至13日，新四軍第1師兼蘇中軍區部隊在粟裕率領下，向盤踞在江蘇淮安車橋地區的日偽軍隊發起車橋戰役。這次戰役對日軍重要設防據點實施攻城打援，打亂了日偽軍“清鄉”“屯墾”計畫，打通了蘇北、蘇中、淮北、淮南地區之間的聯系，揭開了華中地區抗戰戰畧大反攻的序幕，被陳毅等人譽為“首創了華中生俘日寇之新紀錄”，成為新四軍華中地區殲滅戰的典型戰例。
著眼全域，周密部署。1944年，隨著國際國內形勢的變化，新四軍和地方武裝由反“掃蕩”為主的防禦作戰轉為主動的進攻作戰。駐蘇中的新四軍第1師兼蘇中軍區遵照中共中央關於集中力量打擊日偽軍、鞏固與擴大抗日根據地的訓示，同時為改善蘇中地區的鬥爭局面，也决定適時開展對日軍的局部反攻。2月，在中共蘇中區委第五次擴大會議上，粟裕提出了發起以奪取車橋為主要目標的攻勢作戰的設想，以改變各個分區被分割的被動局面，將蘇中地區建成牢固的後方基地。
車橋居淮安縣城、涇口、涇河、曹甸之間，系淮安東南重鎮，地理位置險要，是聯系蘇北、蘇中、淮北、淮南抗日根據地的樞紐，也是日偽控制淮安東南寶應地區的重要據點之一。1943年2月，日軍大舉“掃蕩”，佔領並盤踞車橋，加高圍牆，擴寬外壕，編設鐵絲網，構築堅固堡壘，建立12處據點，分割封鎖我蘇中、蘇北、淮北、淮南抗日根據地。同時，它與沙溝、興化城的日偽據點相呼應，使蘇中軍區第1、2分區聯系困難。
會後，粟裕隨即主持召開會議，商討具體作戰方案，决定集中5個多團的兵力，由副師長兼副司令員葉飛擔任前線指揮，採取攻堅打援的戰法，把參戰部隊臨時編為三個縱隊：以第7團為主的第二縱隊，擔任主攻車橋的任務；以第1團為主的第一縱隊擔任淮陰、淮安方向的打援任務；以第52團為主的第三縱隊，擔任曹甸、寶應方向的打援任務；另以師教導團和第4軍分區的2個營組成預備隊。此外，第3師兼蘇北軍區部隊在淮安東北順河集、鳳穀村一線，保障部隊的北翼安全。
攻堅打援，奪取車橋。1944年3月5日淩晨1時50分，攻城部隊按預定方案出擊，戰鬥打響。攻城部隊避開週邊據點，採取遠程奔襲方法，利用夜暗掩護，從日偽軍週邊據點之間直插車橋，以隱蔽迅猛動作，從南北兩個方向同時發起猛烈進攻，直取車橋兩翼。突擊隊員們越過外壕、架起雲梯、攀上圍牆，展開攻擊。不到一小時，我軍便次第突破圍牆，攻下10餘座碉堡，佔領鎮內全部街道，分割包圍鎮內各據點日偽守軍。隨後，在師炮兵大隊火力支援和掩護下，新四軍採取分散突擊、各個擊破的戰術，逐個攻克敵碉堡，消滅敵火力點。我軍突然攻擊，使敵完全被動。經過激烈戰鬥，當天中午全殲鎮內一個偽軍大隊，並將日軍壓縮在覈心工事內。下午2時許，我軍接著對日軍駐守的土圩及碉堡開展攻擊，日軍一個小隊大部被殲，殘敵固守掙扎。
與此同時，新四軍强攻車橋，出敵意外，使淮陰、淮安、漣水等地日軍極為震驚，增援車橋。車橋西北的打援戰鬥打響。5日下午3時，當第一批援敵趕到我蘆家灘伏擊陣地時，1旅第1團預伏部隊猛烈開火，迎頭痛擊。後又在韓莊附近闖入第1團預設的地雷陣地，死傷慘重，銳氣大挫，被迫退守韓莊。接著，第二、第三批援敵，先後進入韓莊，與第一批殘敵會合。第1團採取正面打擊和側後方突擊相結合的方法，再給援敵以沉痛打擊，迫使援敵猥集於韓莊。晚7時，援敵再次集中主力企圖從正面突破，但遭我軍壓制，未能得逞。隨後，第1團等部對韓莊日軍發起總攻，與敵白刃肉搏，殲其大部，殘部向西逃竄。其間，日偽軍見我正面防禦固若金湯，遂糾集200餘人，企圖乘夜暗悄悄從我狙擊陣地右翼向東北進入草蕩，擺脫我軍，繼續增援車橋。我軍早有預料。第1團和泰州獨立團立即予以堵擊，殲其一部，其殘部逃向小馬莊後也被殲。
6日2時，增援日軍傷亡慘重，向韓莊東北突圍，在蘆家邊，被我切成三段，大部就殲，少部在第四、第五批增援日軍的接應下，乘車逃竄。在圍攻車橋和蘆家灘阻擊戰鬥激烈進行之時，寶應、曹甸等地日軍百餘人，企圖向北增援。當進至大施河時，敵觸發我預設地雷，同時遭到我阻援部隊迎頭阻擊，被迫原路撤回。7日拂曉，敵援軍大部被殲，殘部乘隙狼狽逃竄淮安。
乘勝追擊，戰鬥告捷。車橋戰役對華中乃至全國抗戰局勢產生了重大影響。敵駐淮陰地區之華北派遣軍第65師團72旅團60獨立步兵大隊大隊長三澤戰死，在敵軍官兵中引起很大震動。敵軍有生力量大部被殲，因兵源不足和戰線太長，日軍已無力予以補充，戰鬥力大大削弱。從此，駐紮淮安、淮陰地區的日軍無力發起大的攻勢行動。駐車橋及其周邊的日偽軍如驚弓之鳥，龜縮至淮陰、淮安、寶應和石塘、趙徐等都市及周邊據點困守。駐蘇中、淮北、淮南一帶的敵軍士氣也一落千丈。我軍乘勝追擊，擴大戰果，以多路小部隊挺入車橋周邊地區，至13日相繼收復曹甸、涇口、涇河等敵偽據點10餘處，使淮安、寶應以東縱橫50餘公里的地區全部解放。至此，車橋戰役勝利結束。
車橋戰役共消滅日軍大佐以下465人（生俘24人）、偽軍480人（生俘168人），攻克車橋及周圍據點12處，摧毀碉堡50餘座，並繳獲大批武器彈藥，創造了華中新四軍一次戰役殲滅日軍人數最多的輝煌戰績，鞏固和擴大了華中抗日根據地，實現了蘇中抗戰形勢的根本好轉，使華中敵後戰場形勢出現了重大轉折。
在車橋戰役的鼓舞下，我新四軍各部相繼對敵發起攻勢，不斷出擊，捷報頻傳。隨著蘇中根據地及其周邊根據地的鞏固和擴大，蘇中黨、政、軍領導機關都移駐到車橋、曹甸地區，並組建蘇中區委黨校。車橋也成為我軍抗戰反攻的重要基地，也為新四軍渡江南下，開闢蘇浙皖邊新軍區奠定了重要基礎。