1949年1月，劉亞樓擔任平津前線司令部參謀長兼天津前線總指揮，指揮天津攻堅戰役。

對于平津戰役的津、塘方向，以毛澤東為首的中共中央軍委原計劃先攻塘沽，后打天津。后經劉亞樓調查，塘沽東面靠海，其他三面為水渠、鹽池，不能對敵形成包圍，也不便大部隊展開。而且北平、天津國民黨軍有突圍的危險，他建議以少數兵力監視塘沽，集中兵力先打天津。毛澤東批準了這一建議。

國民黨傅作義集團的陳長捷率13萬人防守天津。陳動用10多萬民工環城開挖寬10米、深3米的護城河，每天派人穿河砸冰。有這些防御工事為后盾，陳長捷十分自信，妄圖“創造戰史的奇跡”。為盡快促成傅作義放下武器，毛澤東和中央軍委命令東北野戰軍3天內攻下天津。天津戰役總前委書記林彪限定48小時。劉亞樓表態出人意料：“30個小時內保證把陳長捷吹噓的‘天津大堡壘’打個稀巴爛！”

依據林、羅首長的意圖，經過周密的偵察和思考，劉亞樓在1月4日的高級將領會議上，定下作戰方針：“東西對進，攔腰斬斷，先南后北，先分割后圍殲，先吃肉后啃骨頭?！?月13日，兵臨天津城下。此前，劉亞樓敦促陳長捷率部放下武器。陳長捷派天津市參議會4名議員出城，聲言與解放軍和談。劉亞樓一看即知敵軍企圖借機探聽虛實，拖延時間。他將計就計，故意在城北接見敵人談判代表，造成我軍攻城指揮部設在城北的假象。

陳長捷無意放下武器，談判無果而終。劉亞樓為加深敵人的錯覺，說：“咱們再加加溫，從城北放它幾炮，讓陳長捷堅信我們從城北進攻。”劉亞樓聲東擊西的計策迷惑了對手。陳長捷把主力一五一師從城中心調往城北，加強了城北的兵力。14日上午10時，劉亞樓下達總攻命令?？偣グl起后僅十幾分鐘，突擊部隊就打開了突破口，迅速在東西南三面九個地段突破城防，僅29小時，全殲天津13萬守敵。陳長捷被俘時如夢初醒，大嘆上了劉亞樓的當。天津戰役創造了“天津方式”，成為我軍歷史上最為干凈、利落、精確的城市攻堅戰。