淮海战役双堆集歼灭战纪念馆位于烈士陵园东南部，正面朝北。1988年10月建成，2013年重建，整个纪念馆采用的是现代新古典主义纪念性建筑风格，同时糅合了浓郁的地方汉式建筑特色，整体庄重肃穆，古朴大方。眉额上是由张爱萍将军亲笔题写的馆名。纪念馆面积约1860平方米。内部采用传统陈列方式和现代科技手段相结合，馆内设有序厅、展厅、4D影院。展厅又分为形势厅、血战双堆集厅、支前厅、英烈厅四部分，里面有珍贵的历史照片300多张，历史文物100多件，全面反映了双堆集歼灭战的历史进程。突出展示了淮海战役第二阶段这一伟大历史事件的胜利进程。