1947年4月，整編第20師(第二十軍)隸屬整編第19軍，參加了對山東解放區重點進攻的 泰蒙戰役和 孟良崮戰役。同年7月至1948年7月，整編第20師(第二十軍)隸屬第十四兵團，轉戰於華東戰場和中原戰場，先後參加了對魯中解放區的進攻、回援津浦路中段戰役、 伏牛山東麓戰役、大別山清剿戰役、平漢隴海戰役、宛東戰役、增援豫東戰場的平漢路進攻戰役等作戰。

1948年8月國民黨全國軍事檢討會議決定以楊乾才第10兵團為基礎建立第十四兵團，轄20軍、28軍，司令官為宋希濂（1949年4月鐘彬繼任司令官），1949年11月於鄂西川東戰役中被殲滅。

1949年，第十五軍隸屬第十四兵團時，下轄部隊番號調整為：第64師，邱鍵任師長；第169師，師長不詳；第243師，段國傑任師長。7月至11月，第十五軍參加了宜沙戰役和西南戰役等作戰。在上述作戰中，第64師被人民解放軍殲滅大部，殘部在逃往川黔邊界地區後，在師長邱鍵率領下宣布起義，接受人民解放軍的改編；第169師在西南戰役中被人民解放軍全殲；第243師在西南戰役中被人民解放軍殲滅一部，大部潰逃到川西地區後被第20兵團收容。同年12月，軍長劉平率殘部在川西地區宣布參加由第20兵團司令官陳克非領銜的起義，接受人民解放軍的改編。