1946年5月，国民党军进行整编时，第72军改称整编第72师，军长傅翼被免职，另调中央军陈诚军事集团之嫡系将领、第94军副军长杨文瑔继任该整编第72师师长，祝顺鲲任副师长,下辖原第34师改编为整编第34旅，李则尧任旅长；新编第13师改编为新编第13旅，杨本固任旅长；新编第15师改编为新编第15旅，江涛任旅长。此次整编后该军参加了中原战场与解放军的作战，8月在鄂豫皖边地区“围剿”解放军鄂东独立第二旅，致使解放军独二旅损失惨重，主力灭失。
1947年初该军奉命由湖北调入河南战场，在河南民权的野鸡岗、柳河等地与解放军作战，成功解救被刘伯承部包围的整编第85师，为此，杨文瑔得到委员长蒋介石的通令嘉奖。此后，该军奉命转入华东战场，隶属王敬久的第2兵团，参加了对山东解放区的重点进攻，一路北上，在山东的济宁、东平、宁阳、肥城等地与解放军作战，1947年3月30日攻占山东泰安，4月20日遭到解放军三个纵队（约7个师）和一个榴弹炮团的围攻（泰蒙战役），除新编十五旅因驻守肥城逃过此劫外，该师师部、师直属部队和整编第34旅、新编第13旅在泰安城被人民解放军全歼，中将师长杨文瑔、副师长祝顺鲲等被俘。此次战役后，国民党军重建整编第72师，调整编第10师副师长余锦源继任该整编师师长，隶属第1绥靖区。下辖：整编第34旅，陈渔浦任旅长；新编第15旅，江涛任旅长。
1948年3月，该师调至苏北后编入区寿年第7兵团，担任徐州守备任务，先后参加了益林战役、豫东战役等作战。1948年9月，该整编师恢复第72军番号，隶属第2兵团。余锦源改任军长，谭心任副军长，许亚殷任参谋长（后由宋敬文继任）。1949年1月，该军在淮海战役第三阶段作战中被人民解放军全歼于陈官庄地区。中将军长余锦源、少将副军长谭心、上校参谋长宋敬文等向人民解放军投诚，原少将参谋长许亚殷投降后又化装逃逸。
1949年春，国民党军为加强后方的军事力量，在四川重建该军，隶属第8编练司令部（即第22兵团）。郭汝瑰任军长，卿云灿任副军长，徐孔嘉任参谋长。该军重建后，奉命驻守四川泸州、宜宾地区。同年11月，人民解放军发起西南战役。12月11日，该军在第22兵团司令官兼该军军长郭汝瑰的率领下通电起义，接受人民解放军的改编。
