1949年7月宁象战役结束后，国民党军残部约6万人退据舟山群岛，企图对上海、杭州地区实行海上封锁。第三野战军第七兵团奉命以第二十二军及第二十一军第六十一师共4个师4万余人，采取逐岛攻占的方针，解放舟山群岛。

从8月18日晚开始，解放军渡海登陆部队向舟山外围岛屿发起进攻，相继攻占大榭岛、梅山岛、金塘岛等岛屿。佛渡、六横、虾峙等岛的守敌见状，吓得仓皇撤逃。六十一师旋即进占佛渡等岛，并立即开始了夺取桃花岛的准备。

六十一师在9月完成了突击部队的组建；师、团干部和机关认真研究了桃花岛周边潮水、风向的规律，侦察了当面敌情、地形；在当地党组织的协助下筹集了一批船只和相关物资器材，并抓紧时间组织进行航海登陆的训练和演习。到10月上旬，突击部队已具备了渡海攻岛的条件，随时准备投入战斗。

10月13日，六十一师组织营以上干部对桃花岛进行隔海侦察，发现桃花岛守敌为国民党交警第九纵队和国民党青年军第六六二团第三营，共约4个营的兵力，但由于守敌军心涣散且换防频繁，完整防御体系竟然尚未形成！据此，六十一师立即确定了“抓紧战机，乘敌立足未稳之际，迅速攻击桃花岛”的作战方针，并决定于18日夜发起夺岛战斗。

18日18时40分，解放军炮兵部队向桃花岛守敌阵地发起炮击，第一八三团和第一八二团第一营分别乘船起渡。

解放军渡海部队利用海雾夜暗的有利条件向桃花岛迅速前进，直至距离桃花岛约80米时，守敌才发现，渡海部队遂向岸上敌人猛烈开火。经13分钟的激战，六十一师各船队基本突破敌前沿阵地，按照既定部署向纵深分割穿插，包围并攻占岛上各个要点。

战至次日天亮时分，登岛解放军已控制了所有渡口，切断了守敌和外界的联系，并开始逐步肃清残敌。舟山群岛其他岛屿的国民党军多次派出军舰，企图救援桃花岛，均被解放军击退。19日中午时分，解放军登岛部队全歼守敌1300余人，缴获迫击炮4门、火箭筒2具、轻重机枪80余挺、卡宾枪和汤姆枪700余支、电台多部以及其他大宗军用物资。

桃花岛战斗的胜利，为解放整个舟山群岛创造了条件。