志愿军第9兵团共15万人，分别在11月7日、12日、19日悄悄渡过鸭绿江，随即仓促投入了自然条件异常恶劣的东线战场。
9兵团所属的20军、26军、27军是经过革命战争千锤百炼的三支劲旅。作为原定攻台军的主力，3个军超额编制，每个团都是四四制甚至五五制加强营。司令员宋时轮、副司令员陶勇都是久经沙场的骁将。强将手下无弱兵，在这样的钢铁雄师面前，任何敌人都不在话下！
但是，9兵团久居江南，一切战备训练都是着眼解放台湾，现在却来到风雪连天的高寒地区去打仗，几乎没有任何准备。另外，朝鲜军情十万紧急，部队在开往东北的火车上才得到通知入朝，原定在辽阳、沈阳换冬装的十几万将士只好直接渡过鸭绿江。临时停车的时候，东北边防部队看到9兵团衣装如此单薄，赶紧动员干部战士脱下身上的衣帽送给9兵团，可就这么一点临时脱下的衣帽，对于十几万大军来说，只能是杯水车薪。结果，入朝第一天，就冻伤700多人。在1950年这个朝鲜50年间气温最低的冬天，9兵团每个班十多人只有一两床棉被，夜间，战士们只好将这一两床棉被摊在雪地上，十多个人挤在棉被上互相搂抱取暖以抵御零下 30度的酷寒。
最严重的是后勤供应跟不上。东线只有一条山间公路可以勉强走车，但天上到处是美国飞机，27军40多辆满载物资的卡车被凝固汽油弹烧了个精光，部队只好轻装前进，连充饥的冷土豆和炒面都供应不上。
武器装备方面与美军的差距更是无法想象。对只有少量迫击炮的志愿军来说，手榴弹居然成了重武器。面对拥有空中、地面重火力的美军，9兵团惟一的占优只剩下人数的优势和钢铁般的意志。
迫于无奈，战斗打响前，宋时轮、陶勇只好把26军留在二线，事实上，粮食供给也只能勉强保证开上去的两个军。
11月25日，西线反击开始。彭德怀本来让东线同时反攻，但宋时轮这员执行命令从不打折扣的虎将也无法按时进攻：部队太苦了，在一两尺深的积雪中不可能按时赶到进攻位置。考虑到东线是一个独立方向，推迟进攻无损大局，彭德怀同意宋时轮拖后两天进攻。
11 月27日夜10时，西北风卷着棉球般的雪花，吹得人睁不开限，美10军的大兵们多数缩头缩脑躲在蹒跚行驶的汽车上，少数则在雪地里深一脚浅一脚地走着。狼林山脉的山林中忽然传出惊天动地的军号声和呐喊声，宋时轮、陶勇指挥20军、27军8个师向美10军发起猛攻，10万披着银色盔甲的志愿军将士以迅雷不及掩耳之势扑向美军，一夜之间将美7师和陆战1师截为五段。分割包围进行得十分顺利，但是消灭被围之敌却艰难无比。
被围的美军表现了出色的应变能力，立刻用200余辆坦克在三处主要被围地域组成环形防线。志愿军每个团只有8、9门老式火箭筒，很难冲破坦克防卫圈。用于火力突击的大炮一门都没有，只有中小口径的迫击炮试图掩护步兵冲锋，可是万没想到，连迫击炮的钢铁炮管都受不了零下几十度的严寒，三分之二打出去的炮弹成了哑弹！连迫击炮这种轻炮火力的掩护都得不到，步兵只能用步枪、机枪去冲击敌人的“铁桶阵”了！尽管志愿军是世界公认最优秀的步兵，但是物质力量的巨大差异不是靠精神力量和战术就能彻底弥补的。
单纯地贬低敌人无助于增加一场胜利的光辉，志愿军后来承认，陆战1师是“ 美国战斗力最强的部队”。但是美国陆战1师无论如何顽抗，战场形势已经决定他们打的是一场必败之仗。接战仅仅一天，见势不妙的麦克阿瑟命令他们向南突围。史密斯还嘴硬，在和《纽约先驱沦坛报》记者谈话中，创造了一句名言：“退却，见鬼去吧，我们不过是换个方向进攻。”此话虽然气势汹汹，但也实实在在。向南撤退的退路早就被志愿军切断了，除了杀开一条血路，陆战1师别无选择。
在成群的美国飞机掩护下，美10军开始竭力往后收缩，企图先聚集到有临时飞机场的下碣隅里，然后再往南逃。美机猛炸逃跑道路上的每一个山头。在一次战斗中，轰炸机对志愿军占领的一条山脊整整轰炸了25分钟，使之“成为世界上最无用的地皮之一”。但仍有不屈不挠的志愿军士兵从山脊上射出致命的子弹。
在下碣隅里，高度现代化的美国陆战队工兵用三天时间就拓宽了一条可以通行坦克的道路。仅仅十来天时间，一座可以起降C－47运输机的临时机场就在下碣隅里这个四面环山的小谷地里建成了，陆续建成的还有供给基地、野战医院。随即，美国空军就给史密斯运来了大量急需的弹药、食品、药品、防寒服装、油料……需要什么就隔海从日本运来什么。运输数量如此之多，以至于美军最后逃离此地时，还开动推土机坦克破坏了以千吨计的各种物资。与此同时，受国力所限，与中国本土仅隔一条封冻得到处可以通行的鸭绿江的志愿军却连保证基本生存所需的物资都难以供给……面对如此悬殊的物资对比，志愿军始终在作战中保持了大无畏的英雄气概，显示了超出世界上任何一支军队的勇敢精神和战斗力。
在一条山谷，20军第58师困住了一股向下碣隅里增援的美英混合部队，经过浴血奋战，敌军指挥官率众投降。仅在这场激战中，志愿军就打死了总共922名增援部队中的321人。美国军史伤心地写道：“阵亡者中有60名皇家别动队员，48名第1陆战团c连的官兵，169名陆军第31团B连的士兵，50名陆战师指挥部的官兵和43名坦克、卡车和通讯部队的官兵……另外还损失了75台车辆。”当然，还有240人当了俘虏。
这条充满死亡的山谷被美国人充满恐惧地称为：“地狱之火谷地”。
在“地狱之火谷地”血战正酣的时候，58师172团3连连长杨根思带着一个排，牢牢地驻守在可以俯瞰下碣隅里的1072高地。
潮水般的美国海军陆战队员们向高地上猛冲，连坦克都出动了8辆。冲上来被打下去，再上来，又丢下一大片尸体往回跑……血战从清晨一直打到中午，上百具美国人的尸体已经铺满了小高岭。美军的飞机和重炮不断向这个小小的阵地倾泻着钢雨。
打退又一次进攻后，阵地上只剩了三个人。杨根思下令让两个负伤的战士撤下去。天色已近黄昏，杨根思将阵地上所有的炸药块收集起来搁了一个重达几十斤的炸药包，然后一把拉燃导火索，冲进了蜂拥而来的美军陆战队员的队列中……杨根思是志愿军第一个“特级战斗英雄”。
面对极其悬殊的物质条件，为避免战斗胶着，宋时轮、陶勇决定改变打法，集中力量先啃掉一个美军环形阵地。
11 月30日，27军集中两个师五个团的兵力由27军副军长兼80师师长詹大南统一指挥，并使用全军所有炮兵，围攻新兴里的美7师31团。兵力四倍于敌，连火力都略优于敌，在子夜时分，伴随着嘹亮的军号声，27军的将士一举突破了美军环形阵地外围防线，跟着就冲到美军团指挥所和炮阵地，一阵乱枪击毙了团长麦克莱恩上校，阵地上的美军群龙无首，一片混乱。代理团长费斯中校在下达了分散突围的命令后，被志愿军战士扔出的手榴弹炸死，全团四散奔逃，很多人企图从冰封的长津湖突围，结果冰层坍塌落入湖中冻死淹死。史密斯派了一队人马来救，给当头一棒打了回去，他只有眼睁睁地看着第31团覆没。
历史悠久的美第7师第31团组建于第一次世界大战期间，因曾参加对苏俄的干涉作战而获得“北极熊团”的绰号，团旗上就有北极熊的图样。二战期间，该师参加过太平洋战场上的阿留申群岛、马绍尔群岛和冲绳岛等战役，称得上是陆军中战斗力较强的团队，最终却在朝鲜北部的冰天雪地中落了个全军覆灭的下场。该团蓝色的团旗被志愿军班长张积庆缴获当包袱皮，后来成了北京军事博物馆的展品。这是朝鲜战争中，志愿军惟一一次成建制地全歼美军一个团的光辉战例。
彭德怀闻讯大喜：“嘉奖第9兵团，嘉奖第27军。”
12月4日，柳潭里的陆战1师5团、7团终于撤回了下碣隅里，他们用3天时间才走完这22公里，一路惨遭志愿军层层截杀，平均1小时只能走300米，22公里道路上有1,500多人伤亡。不过，这仅仅是一段地狱之行的开始。
12月5日，阿尔蒙德气急败坏地向守在下碣隅里的史密斯下令：“尽快撤退到咸兴地区。”
史密斯接到这个命令时异常气愤：“妈的，我难道不想撤退，想在这里等死吗？”问题是现在动弹不了。5,000名伤员怎么办？空运！
远东空军的运输机穿梭往返，很快将五千名伤员运走，甚至还包括200多具尸体。包袱终于卸掉了，现在，史密斯要跑了！
12月5日晚，下碣隅里所有的美军火炮开始向两侧山地猛轰。12月6日清晨，大撤退开始。但美军也没忘记在逃跑前彻底毁灭下碣隅里这个供给基地。美军先用炸药炸，然后用推土机碾一遍，最后将堆积如山的食品、衣服、弹药泼上汽油烧掉。
在陆战队逃跑的公路两侧的山林里到处都飞出子弹。天黑的时候，宋时轮的预备队26军赶到了，一场惨烈的激战又开始了。
美国57炮兵营营长曾顿斯中校回忆：
“陆战队员们从来没有见过如此众多的中国人蜂拥而来，中国人一次次顽强进攻，尽管陆战队的炮兵、坦克和机枪全力射击，但是中国人仍然源源不断地拥上来。他们视死如归的精神让陆战队肃然起敬。”
从下碣隅里撤到18公里外的古土里，美国海军陆战1师用了38个小时，这支当时世界土机械化程度最高的部队平均每小时只能行走500米，每公里伤亡34人。
在古土里，令人恐惧的消息传来，撤退道路上必经的水门桥被中国人炸掉了！水门桥是架在长津湖引水管道上的悬空单车道桥梁，桥下是万丈深渊，水门桥一旦被炸，往咸兴逃跑的美军可就真是上天无路，入地无门了。
志愿军第20军对水门桥的重要位置当然不会视而不见，于12月1日、4日两次炸掉了这座桥，可每次都被美军工兵修好了。志愿军干脆把桥基也炸掉了，看你怎么修？出乎志愿军意料，美国空军居然从日本搞到8套每套重达1.1吨的车辙桥组件空投到美军阵地，然后在悬崖上仅用两天不到的时间就架设了一座载重50吨、可以通过撤退部队所有车辆的桥梁。美国巨大的工业实力以及迅速异常的反应，在此事上得到了充分的显示。
通过了水门桥，史密斯率部继续逃向咸兴，20军的将士们仍在不顾一切地顽强截杀。这里距离后方更远了，一路守在这里的志愿军官兵补给早已完全断绝。在彻骨的严寒中，美国兵不断看到有光着脚的志愿军士兵穿过雪地向他们冲杀，如果没有致命的子弹飞来，他们真以为这不过是幻觉。
9日，黄草岭南逃之敌和真兴里北援之敌全力夹击1081高地，这是最后一道关口了。60师1个营的300多名官兵粮食早已断绝并且几乎全部冻僵的情形下拼死抵抗，全部光荣牺牲。美国人充满尊敬地记载：“这些中国士兵忠实地执行了他们的任务，没有一个人投降，全部坚守阵地直到战死，无一人生还。”
美陆战1师终于逃到了咸兴。陆战队官兵们疲惫而狼狈不堪，从钢盔到胡子、大衣、皮鞋上都挂满了冰霜，轻伤员互相搀扶，龇牙咧嘴地迈着沉重的步伐，M1步枪歪七斜八地吊在身上。随行的汽车装满昏迷不醒的重伤员，有的人干脆被绑到汽车散热器上，冻得像一块块坚硬的木板，身上满是还未凝固就冻成一团的粉红色血块。美军战史中称：“陆战队历史上，从未经历过如此悲惨的艰辛和困苦。这简直是一次地狱之行。”
12月24日，美军远东空军所有战机全部集中到兴南港上空掩护陆战1师撤退。美国海军舰炮对着城市周围猛烈射击，在这道钢铁火力圈掩护下，美军从兴南港运走了10.5万人，17,000辆汽车，35万吨物资。
在军舰上，史密斯师长为人员的重大损失伤心不已，从元山登陆到撤回咸兴，陆战1师战斗减员4,400多人，非战斗减员7,300多人，这是这支王牌部队受过的最具毁灭性的打击。撤出兴南的最后一天刚好是圣诞节，许许多多的美国年轻人已经永远错过这个节日了。麦克阿瑟宣称的将会结束朝鲜战争的“圣诞节攻势”，终于在这讽刺性的一天以可耻的失败而告终。
在志司总部，彭德怀看着东线战斗胜利的报告，心情也极其沉重。东线伤亡4万多人，其中冻死冻伤就有3万多人（冻死1,000多人）！教训惨痛啊！9兵团有的部队冻伤减员竟达22％，大伤了元气。毛泽东、彭德怀都给东线部队发去了褒勉有加的慰问电…… 整个第三次和第四次战役期间，9兵团都不得不在朝鲜北部修整补充，后来在第五次战役中又出现了9兵团的战旗……11个月后的一天，在鸭绿江边即将返国的宋时轮向长津湖方向脱帽弯腰，向长眠在那里的他认识和不认识的战友、那些有名和无名的勇士们，深深地鞠躬90度。当他抬起头来戴上军帽向他们致庄重的军礼的时候，已是泪流满面。
至此，在东西两线，美第8集团军和10军所属的陆战1师、美7师、美2师、美25师、美骑1师均遭重创。更让麦克阿瑟心惊肉跳的是，志愿军42军像一把利刃插向肃川、顺川，美骑1师正在拼死阻击他们南进。如让42军真的插到顺川、肃川完全封闭美军陆上退路，那第8集团军就会彻底完蛋！最终，美第8集团军只好丢弃了2,000多辆汽车和几百辆坦克、上千门大炮，于12月1日沿肃川一线沿海公路轻装南逃。
“美国历史上路程最长的退却”开始了。十天之内，惊魂未定的美军溃退300公里，一气退到三八线才收住脚。几天前还趾高气扬的麦克阿瑟现在“看见北朝鲜山坡上的狗尾巴草都发抖”。12月6日，39军胜利收复了沦陷了49天的平壤。
1950 年12月24日，抗美援朝第二次战役胜利结束，志愿军胜利进抵三八线。战役歼敌3.6万，其中美军2.4万，光俘虏就达3,000多人。另外，第8集团军司令沃克中将在败退途中，其座车与南朝鲜溃军的汽车相撞，当场身亡。志愿军作战伤亡3.07万人，但仅冻伤就达5万余人。
在这场震撼世界的大战中，彭德怀将中国军队传统的穿插迂回战术发挥得淋漓尽致，给二战老兵麦克阿瑟结结实实地上了一课。经过这场在清川江边和长津湖畔与“联合国军”的殊死较量，志愿军收复了三八线以北除襄阳之外的全部地区，彻底扭转了朝鲜战局，捷报传到莫斯科，经历过伟大卫国战争胜利的斯大林也不禁为之动容，他也许想为自己在志愿军入朝之初的不光彩表现弥补一些什么，对身边的部下说：“必须迅速在1951年3月前完成中国同志36个步兵师的全部装备订货，还要立刻送去 3,000辆汽车。”
实力是赢得尊重的捷径，整个苏联社会都对中国军队能用那么简陋原始的武器打败“联合国军”感到钦佩。志愿军威信也在朝鲜人民中空前高涨。
当时，中国著名经济学家马寅初正在东欧参加“保卫世界和平大会”，他后来激动地回忆起当时的情景——志愿军收复平壤的消息传来，几千名世界各国与会代表边鼓掌边高呼“毛泽东万岁”、“新中国万岁”，时间竟长达十余分钟……整个资本主义世界震惊了。近代以来就看不起中国的日本人受到的震撼程度是可想而知的，不久前，他们刚刚匍匐于美国人的脚下，而如今，趾高气扬的美国佬却在中国人面前甘拜下风。一夜间，“###”这个蔑称在日本大众的口语中消失。对于欧美国家来说，难以接受的事实是，打败十六国联军的国家竟是不久以前还任人宰割的“东亚病夫”！
美国人不甘心地承认：“美国传统的理想和正义观被中国的大军粉碎了，美国人大概从未受到过如此严重的创伤和挫折！”
连狂妄的麦克阿瑟也沉痛地发现自己的中国知识旦夕间全部过时了：“必须从这样一个观点来看待这个问题，在完全新的情况下，和一个具有强大军事力量的、完全新的强国进行一次完全新的战争！”