1948年9月辽沈战役开始后，蔡正国率部向北宁铁路线附近集结。东北野战军首长给第十师下达的任务是：随第四纵队其他两师，迅速转向锦州以南，随后切断锦西、兴城之间敌人的联系。9月20日，蔡正国率部绕过锦州以南敌军控制区，直插锦西、兴城地区。9月23日夜，蔡正国指挥第十师二十九团，拿下兴城东北郊的白马石高地后，转向首山山口，与第十一师、第十二师协同作战，在以后两天的战斗中，第十师的部队发动勇猛冲锋，先后攻克了干柴岭北高地、韩家沟火车站。9月27日，第十师主力又向兴城火车站和兴城古城外围之敌发起攻击，至次日早晨将其全部肃清。
9月29日拂晓，第十师三十团在东城门附近实施爆破，而后炸开城门;二十九团紧随其后，在炮兵配合下架起云梯登城，经反复冲锋，占领魁星楼;二十八团在北城门实施爆破成功，炸开城门后冲入城内。经过3个多小时的激战，第十师部队全歼城内的国民党守军3200多人，解放了这座古城。
兴城解放后，蔡正国顾不得休息，投入了下一步作战的准备之中。10月21日，东北野战军第二兵团司令员程子华考虑到四纵十二师自10月10日塔山阻击战开始以来一直担任正面阻击任务，战斗伤亡减员很大，决定调十师二十八团接替十二团负责防守塔山以东阵地。10月13日，刚从华北海运到葫芦岛的国民党精锐部队九十五师投入战斗，该师号称"赵子龙师"，扬言"没有赵子龙拿不下的阵地"。面对着敌军的强大攻势，十师二十八团毫无畏惧，沉着应战，打退了敌人一次又一次的进攻，战斗打得十分残酷。敌人在督战队的威逼下，不顾死活地向我阵地推进，坚守在阵地上的二十八团伤亡很大，有一个排在仅剩下9个人的情况下仍坚守阵地。蔡正国打电话向四纵队指挥所报告前沿战斗情况时说："二十八团打得非常英勇，情况是很严重的，我们……"说到这里，电话里传出了连续不断的轰响，敌人的炮弹就在师指挥部附近爆炸了。纵队司令员吴克华立即指示："要告诉同志们，一定要死守阵地……"没等话说完，电话就不通了。等到过一会儿电话再次接通时，蔡正国已经到了前沿阵地指挥作战，纵队政委莫文骅对十师政委李丙令说："告诉蔡师长，一定要死守，敌人打到哪里，哪里就是第一线，一步不能退!"10月14日，接替二十八团的十师三十团面对着敌人更加强大的攻势，以坚强的意志死守塔山，在当天击退了九十五师两次大规模冲击、八次连续冲锋，打掉了敌军的锐气，而我军的塔山阵地却寸土未失。战斗结束后，蔡正国麾下的十师二十八团荣获"守备英雄团"的荣誉称号。
