1950年10月19日拂晓，从北京饭店开出几辆小汽车，驰过寂静的长安街直奔西郊机场。坐在车内的彭德怀睡着了，高岗也昏昏欲睡。昨夜，毛泽东、周恩来和他们一起反复研究入朝作战的方案，几乎彻夜未眠。汽车到达机场，彭德怀才猛然醒来，说：“啊哎，这辆车可帮了我的大忙！”
9时左右，专机降落在沈阳机场。彭德怀和高岗即驱车去东北军区司令部。李富春、贺晋年、李聚奎等早已在此等候，彭德怀来不及坐下就说：“从今天起，我国就开始进入战争状态。这次志愿军入朝作战，可比辽沈战役的规模大得多，任务要艰巨得多。过去我们在国内作战，物资弹药主要靠敌人‘供应’，现在是靠我们自己。东北地区是志愿军的后方基地，你们要紧急动员，全力以赴。”
当天下午，彭德怀和高岗乘专机在4架战斗机护航下到安东，这时，各路渡江部队正等待着出发的命令。为抢在渡江部队之前入朝和金日成面商，彭德怀到了志愿军镇江山招待所，来不及进屋，就在院子里向十三兵团领导人传达了在北京研究的作战方案。10月19日傍晚，安东地区冷风夹杂着细雨。彭德怀在江畔与前来送行的高岗和志愿军领导人匆匆握手告别。说话间，司机踩开了油门，随行参谋杨凤安和警卫员郭洪光、黄有焕都上了车。彭德怀跃进车内，吼了一声开车，汽车冲上鸭绿江大桥。这时北风大作，雨雪交加，夜幕笼罩了鸭绿江两岸的山河大地。经过整整10天分秒必争的工作，彭德怀来不及换上人民军将军服，仍身着从西安穿来的旧粗呢子黄军装，就乘车离开了祖国。在吉普车后面，只一辆装电台的卡车紧紧跟随。
汽车进入朝鲜国土，彭德怀突然命令司机停车，将头伸出车外，默默向大桥北方了望片刻。他是想再望一眼祖国的大好河山呢，还是望一眼这随时可能遭敌机炸毁的鸭绿江铁桥呢？或是了望即将跨江而过的志愿军先头部队呢？他没说一句话，即将车门关好，命令司机“开车”！他是率先踏上朝鲜前线的志愿军成员，也是亲手揭开“抗美援朝，保家卫国”战幕的志愿军统帅。从此，志愿军军歌“雄赳赳，气昂昂，跨过鸭绿江”响遍了全中国。汽车在雨雪中抵达朝鲜边境城市新义州，因敌机空袭，市区一片黑暗，没有行人。汽车停在一条十字路口。这时才发觉在安东匆忙上车时，没把翻译带上，语言不通，无法问路。正焦急为难时，朴宪永遣人来街口迎接。朴宪永一见到彭德怀，就焦急地说：“今天敌人占了平壤，现在金首相已撤离德川，我正与金首相联系，请彭司令在此稍候。”听到这突然变化，彭德怀立即让杨参谋把五万分之一的朝鲜地图铺在地上，拿过蜡烛来仔细查看。根据朝鲜人民军的现状和敌人进攻的速度，他估计志愿军过江后，难以抢占平壤到元山的原定防线，可能要在德川、宁远线以北和敌人打一场遭遇战。
约两小时后，朴宪永请彭德怀同去水丰发电站与金日成联系具体会面地点。彭德怀经过10个昼夜的紧张工作，已是面颊消瘦，两眼红肿，十分疲劳。杨参谋劝他趁坐车去水丰的机会再睡一会，可形势如此严重，哪能睡得着呢？彭德怀感慨地对身旁的参谋说：“我带兵打仗几十年，还没有遇到象今天这样既不明敌情，又不明友情和地形的被动情况。不过我已告邓华、洪学智通知各军要有打遭遇战的准备，那时还得要采取以运动战大胆穿插分割包围的老办法去歼灭敌人。”
10月19日晚，中国人民志愿军3个军（第三十九、四十、四十二）开始分三路秘密渡过鸭绿江。第二十八军作为二梯队，尾随四十二军渡江开进。为保证战役发起的突然性，彭德怀规定各部要控制电台，封锁消息，严密伪装，夜行昼宿，隐蔽地向指定作战地区开进。
经过几个小时的巅簸行程，彭德怀一行于20日黎明前到达鸭绿江南岸的水丰发电站，得到前线报告，敌军继续北犯，形势更加恶化。在与金日成取得联系后，傍晚又乘车向平安北道昌城郡之北镇进发。彭德怀、朴宪永乘小车同行，和迎面北撤的朝鲜党、政、军、民的人畜车辆碰头挤在一起。小车还可勉强开进，但电台卡车却掉了队。经过一夜走走停停的艰难行程，彭、朴于21日黎明前到达金日成指定的会晤地点：位于东仓和北镇之间山沟内的小村庄大洞。朴宪永领着彭德怀下车步行，在一间草房里找到了我国驻朝大使馆临时代办柴军武。抗日战争时期，柴曾在八路军司令部参谋处工作，这时看到阔别多年的彭老总冒着敌人的进攻独自来到这炮火连天的前线，真是由衷的敬佩。彭德怀在一个破瓦盆里洗脸提了提神，就向柴详细询问前线情况，一直谈到天壳。
上午8点半左右，金日成派人来请彭德怀，柴军武陪同前往。两人在田埂上边走边谈，突然，彭德怀停步问：“军武，你身上带着小剪刀没有？”说着抬起两臂，两个破袖口上掉着一些长短不齐的线头。柴军武会意地笑了，就摸出一把指甲刀给他修理起来。指甲刀剪不齐，彭德怀把头一摇，说：“算了！实在太紧张了，没时间换衣服。反正是战争时期，就这样去见吧！”
两人来到一所整洁的朝鲜式房屋前，早已在室外等待的金日成微笑着迎上前来，说：“我代表朝鲜党和政府及朝鲜民主主义人民共和国人民，热烈真诚地欢迎彭德怀同志！”即引导彭、柴脱鞋入室，开始了首次会谈。
彭德怀在转达了毛泽东、周恩来的问候后，向金日成介绍：中国志愿军先头部队共有4个军和3个炮兵师，此外，还有高射炮团、工兵团、汽车团等部共约25万余人，已于19日晚开始分批自安乐、长甸河口、辑安3个方向渡鸭绿江入朝。根据敌军兵力装备占绝对优势的情况，已建议毛泽东再调2个军尽快入朝参战，这样第一批入朝的志愿军将达到6个军共约30多万人。中央军委准备再调两个兵团共6个军作为第之批志愿军入朝，以后根据实际情况还可继续增调。金日成面露笑容，感谢中共中央和毛泽东主席的全力援助。彭德怀根据金日成介绍美军大规模北进的情况和人民军的现状，分析志愿军原定在平壤以北的龟城、德川一线构筑防御阵地阻敌北进，保持一块歼敌基地的计划，已难以实现。他认为麦克阿瑟占领了平壤，绝不会到此为止，下一步肯定就会向鸭绿江边进犯。为使朝、中两军能协调作战，彭德怀希望金日成率人民军总司令部和志愿军司令部住在一起，以便随时协商处置重大问题。金日成表示还有许多问题急待他去解决，故派朴一禹作为朝鲜代表住在志愿军司令部，重大问题可通过朴协商解决。中国志愿军入朝后的作战行动，则请彭德怀指挥处置。就在金日成、彭德怀会谈的前一天，前线战况发生了重大变化。10月20日，美军空降兵第一八七团1000 多人在平壤以北的肃川、顺川地区实施空降。麦克阿瑟称此举的目的是要包围从平壤向北撤退的北朝鲜士兵和官员。
这时，麦克阿瑟还没把中国放在眼里，判断“中国出兵的可能性极为微小”，命其空军掩护地面机械化部队分东、西两路以最快速度北进。西线南朝鲜的3个师抢先前进到顺川、成川、破邑之线；东线南朝鲜的首都师攻占了志愿军原定进行防御的五老里、洪原等地。而过江入朝的志愿军5个师，距离原定防御地区尚有120至170公里。
但美军实施空降和大举北进的消息未能及时传到大洞。因为，10月21日上午金日成和彭德怀在大洞会谈时，金日成未带电台，彭德怀带的电台车掉了队尚未赶到。他们只看见大批敌机掠空而过，听到隆隆的炮声由远渐近，对前线的情况却不明。志愿军司令员彭德怀上不通中央，下不联部队，急得在茅屋内踱来踱去。下午，他索性跑到房后小山头上去了望，希望能发现志愿军的先头部队。但他看见的是身背各式包裹，沿着山路向北逃难的人群。彭德怀回到屋内，气呼呼的坐在土炕上说：“我现在真正成了个光杆司令了！”
因为此时此刻，彭德怀身为中国人民志愿军司令员，包括他自己在内总共只有5个人：一个司令，一个参谋，一个司机和两个警卫员。
正是人少目标小，也给他们带来了幸运。1968年9月25日，彭德怀在被监禁受审中回忆当时的情景，写道：“我与金日成会谈时，问了当前敌情，金答：‘还在德川附近，离此约二百里。’其实敌军异常骄横，如入无人之境。当时敌先头部队由德川经熙川窜到我与金会谈的大洞东北方向的桧木洞，已绕到我们住的大洞后边去了。我志愿军刚过江不远，即与该敌遭遇，我与金（日成）幸免被俘。”
10月21日下午，由通信处长崔伦带的电台车终于赶到大洞。彭德怀即跑到电台旁，看着发出他入朝后第一次给邓华并毛泽东、高岗的急电，报告他已于本日晨9时在东仓北镇间之大洞与金日成见面，“前面情况很混乱，由平壤撤退之部队己三天未联络”。根据美军速进，志愿军己不可能进入原定防御地区的情况，彭德怀向毛泽东提出：“目前应迅速控制妙香山、杏川洞线及以南构筑工事，保证熙川枢纽，隔离东西敌人联络，异常重要。”“我能确实控制熙川、长津两要点，主力即可自由调动，集中绝对优势兵力打击东面或西面之一路。”“请邓（华）、洪（学智）、韩（先楚）三同志带必要人员速来我处商筹全局部署。”彭德怀的这一意见和10月21日晨3时毛泽东给彭德怀的电报指示精神正相符合。因电台未到，彭德怀未能接到这个指示。因而，毛泽东又于22日电邓华等同意彭德怀的意见，说：“敌进甚速，请照彭电立即用汽车运一部兵力去占领妙香山、杏川洞，先运几个营去也好。”毛泽东令邓、洪、韩迅速与彭会合：“在彭领导下决定战役计划并指挥作战”。毛泽东还切切电示彭德怀和邓、洪、韩：“此次是歼灭李伪军三几个师，争取出国第一个胜仗，开始转变朝鲜战局的极好机会，望彭、邓精心计划实施之。彭、邓要住在一起，不要分散。”
10月23日，炮声由远渐近，成群的美机低空掠过。这时，朝鲜人民军正向北撤退，而中国志愿军尚未赶到。位于大洞的志愿军指挥所仍然只有彭德怀和一个参谋、两个警卫员、几名电台人员；另有朝鲜代表朴一禹带来的人民军一个警卫班10余人。傍晚，志愿军第四十军一一八师前进到大榆洞山沟口。该师师长邓岳回忆说：“这时，听到东南方向几十里外有咚咚的炮声，我们判断是温井方向。但规定军、师电台不准开机，敌情不明，地形不熟，既无上级指示，义无友军通报，此仗怎么打，我们非常着急。于是，我和政委张玉华乘吉普车朝山沟内几间茅草屋开进。发现在茅屋周围有几个人民军站岗。正要打听，在屋外了望的杨参谋首先看见了我们，他高兴地带领我俩快步走向一幢大窗户房屋去见彭总。我们在门口喊了声‘报告’，杨参谋向彭总介绍，彭总马上紧紧握住我们的手，情绪非常激动地说：‘你们率部队来到这里太好了，太好了。’又问：‘你们吃饭没有？然后让我们坐下，亲自给我们倒水喝，我真想不到彭总对下级竟是这样亲热。我向彭总报告说：‘我们一一八师共有13000多人，现在听到温井方向炮声不断，但前面情况一概不知，请彭总指示我师到那个方向去作战。’彭总非常生气地说：‘现在敌军正跟踪追击，到处乱窜，情况很危急，你师赶快去温井以北占领有利地形，埋伏起来，形成一个口袋，大胆把敌人放进来，然后猛冲猛打，狠狠煞一下敌人的气焰，掩护我军主力集结展开，这是志愿军出国后的第一仗，你们师是打头阵的，看看你们行不行。’彭总明确而坚定的指示，使我俩增强了信心，立即率领部队迎着炮声朝东南的温井方向跑步前进。”邓岳又回忆当时彭德怀在大洞的处境，说：“敌人是乘坦克和汽车进攻，速度很快，非常猖狂。大洞离温井只有几十公里，真危险啊！”虽然几十年过去了，彭老总为党为国身先士卒，大敌当前临危不惧的精神，我仍记得很清楚，那危急的情景真是永远忘不了。10月24日晨，彭德怀和朴一禹率指挥所人员由大洞转移到附近的大榆洞金矿。该矿已停产无人，矿址座落在两面大山之中，矿洞口外山坡上有几处简陋平房。其中一幢较宽大的铁皮顶木板工具棚，做了彭德怀的宿舍和司令部作战室。其他几处工棚，做了司令部的宿舍和办公处。24日中午，原留在安东指挥志愿军渡江的邓华、洪学智、韩先楚及司令部机关人员到达大榆洞。下午，在作战会议上，确定了彭德怀提出的大胆实施战役迂回，以分割包围穿插的战术在运动中寻机歼敌，力求稳定局势，站稳脚跟，然后再反击敌人的战役方针。这时，麦克阿瑟指挥的东西两路第一线军队共10个师1个旅又1个空降团共约13万之众，被朝鲜北部的高山峻岭隔断，在北进中互不联系，中间出现了80多公里的空隙，他也不在意；而南朝鲜军队为抢先攻到鸭绿江，又各以一两个营为一股放胆而进。彭德怀根据敌军态势，决定集中三十八军、三十九军、四十军全部及四十二军的一个师于西线的云山、熙川地区，以优势兵力在运动中围歼敌人；东线山高林密，则由四十二军军部率两个师在长津以南进行阻击，保障西线各军侧翼安全。
10月25日，中共中央决定将十二兵团司令部、政治部改为中国人民志愿军司令部、政治部。以彭德怀为中国人民志愿军司令员兼政治委员，邓华（兼副政治委员）、洪学智、韩先楚为副司令员，解方为参谋长。以彭德怀为志愿军党委书记，邓华为副书记。自此，正式组成了中国人民志愿军的领导核心。
10月25日，西线“联合国军”分多路毫无顾忌地北进。7时左右，南朝鲜军第一师先头部队沿云山至温井公路北犯，遭到志愿军四十军一二○师迎头痛击。10时左右，南朝鲜第六师先头部队一个加强营和一个炮兵中队，由温井北进到两水洞地区，正闯入彭德怀部署的志愿军四十军一一八师口袋阵里。一一八师师长邓岳，根据彭德怀“千万不能让敌人跑掉”的指示，采取拦头、截尾、斩腰的战法，不到两个小时，将大摇大摆的几百敌人全部歼灭，从而打响了震惊世界的中国人民抗美援朝战争的第一仗。这具有历史意义的1950年10月25日，后来即被定为中国人民志愿军抗美援朝，保家卫国作战纪念日。
10月25日晚，彭德怀根据敌人兵力分散且尚未判明中国军队是否入朝的情况，又决意改变作战方案，给毛泽东去电说：“敌以坦克数辆和汽车十数辆组成一（个）支队到处乱窜，我企图一仗聚歼两三个师甚困难，亦再难保守秘密。故决定以军和师分途歼灭敌之一个团和两个团（今晚已开始），求得在第一战役的数个战斗中歼灭敌一两个师，停止敌乱窜，稳定人心……”毛泽东翌日复电，完全赞成彭德怀“分途歼敌”的方针。
麦克阿瑟对南朝鲜第六师500多人在温井以北被歼一事置若同闻，对李承晚一再吃惊的喊叫已遇到中国军队的呼声也满不在乎。仍令其第一线主力部队10余万人继续向鸭绿江推进，要按原定计划在11月23日美国的“感恩节”前占领北朝鲜。后来担任美军第八集团军司令的李奇微，回忆当时东西两路敌军的情况道：“联合国军在沿着多条不同的路线朝鸭绿江前进时，他们无法相互支援，甚至无法保持地面联络。”
10月26日下午，彭德怀召开志愿军紧急党委会，讨论歼敌部署，他针对敌人进攻的特点说：“我军必须依据麦克阿瑟的战役企图，采取相应的对策。现在后梯队第五十军和六十六军已开始过江向指定路线前进，我们地面兵力己占绝对优势，关键是各军能否抓住战机和敢于大胆穿插围歼敌人。”会后，彭德怀指示参谋长解方再次电令各军避开主要道路，隐蔽开进，诱敌深入，分散敌人。主力隐蔽展开，占领有利地形待机歼敌。同时四十二军的两个师亦已奉命在黄草岭、赴战岭一线钳制东线之敌，配合西线作战。
10月31日，西线敌军分路向新义州和朔州方向进攻，先头部队进到距中朝边境仅30公里的大馆洞和南市洞一线。彭德怀迅即抓住战机，以三十八军断后，三十九军、四十军分歼云山、宁边之敌，新入朝的六十六军钳制美、英军队，对敌分割包围。11月1日15时，志愿军各军、师遵照命令，对当面之敌发起围攻。三十九军提前发动攻击，经一夜激战，攻占了云山，歼灭美军骑一师第8团大部和南朝鲜军一部，缴获大批物资。志愿军与美军的第一次交锋，取得胜利。
在志愿军各军的连续突击下，敌人深恐后方交通被切断，遂于11月3日在大量飞机、火炮和坦克的掩护下全线撤退。彭德怀即令各军“采取一切办法迅速抓住敌人，不让敌人逃脱”又命三十八军迅速向军隅里、新安州方向切断敌人与后方的联系。由于三十八军没有按时到达指定歼敌位置，敌人大部漏网逃走。11月4日，西线敌军除以小部兵力阻止志愿军进攻外，其主力全部撤至清川江以南。彭德怀对这次精心部署的歼敌方案没有完全实现大为恼怒，考虑到歼敌机会已失，部队所带粮弹消耗将尽，如渡过清川江追击，势必陷于不利态势；同时敌人主力未被歼灭，很可能再次发动进攻。为保持下一战役的主动，即于5日下令西线各军停止进攻，结束战役。
东线志愿军四十二军奉彭德怀之命，以两个师的兵力阻击“联合国军”的进攻。在咸兴以北之黄草岭凭险据守，敌军用几十架飞机和大量坦克配合，对四十二军阵地进行连续而猛烈的攻击，四十二军在朝鲜人民军的配合下，依托野战工事，与敌连续激战13昼夜，歼敌2700余人，粉碎了敌人进犯江界的企图，有力地配合了西线的作战。彭德怀特电四十二军之一二四师全体指战员予以嘉奖。由于志愿军主力在西线反击作战已告结束，彭德怀命令该军于7日凌晨转移体整，准备再战。至此，中国人民志愿军和以美军为首的“联合国军”之间的第一次战役结束。
第一次战役是在朝鲜民主主义人民共和国极端危急、志愿军仓促入朝的情况下进行的。经过连续13个昼夜的战斗，志愿军获得初战胜利，计歼敌1.5万余人，把“联合国军”从鸭绿江边打回清川江以南，打破了麦克阿瑟在“感恩节”前占领全朝鲜的计划，稳定了朝鲜战局，志愿军也站稳了脚跟。
中国人民志愿军突然出现在朝鲜战场，给骄进之敌当头一棒，体现了毛泽东的英明决断和彭德怀高超的指挥艺术，也体现了志愿军敢于以劣势装备歼敌的英勇顽强的战斗作风。后来接替“联合国军”总司令的美军上将李奇微对此评论说：“中国部队很有效地隐蔽了自己的运动。他们采取夜间徒步运动的方式，在昼间则避开公路，利用隧道、矿井、丛林和村落进行隐蔽。每个士兵都能做到自给自足，携带由大米、豆类和玉米面做成的干粮，他们避免做饭的火光暴露自己的位置。因为中国人没有留下一点运动的痕迹，所以统帅部怀疑是否有中国的大部队存在是有一定道理的。”李奇微又写道：“迅猛而突然的打击接踵而至，以致于很多部队还未能弄清楚究竟发生了什么事情就被打垮了。”美国的战史学家也对此评论说：“联合国军在同他们接触以前，一直没有发现他们。我们的飞机在上空搜寻时，伪装得十分巧妙的中国军队都隐蔽起来了。”这是毛泽东和彭德怀在部队渡江之前规定务必严格保密和伪装的效果。
但彭德怀对与“联合国军”初次交锋的结果并不满意，为了总结经验，第一次战役结束后，彭德怀就在大榆洞召开志愿军第一次党委扩大会议，在会上作了“第一次战役的基本总结及第二步作战方针”的报告。他说：“这次战役之所以击溃敌人多（14个营），歼灭敌人少（11个营），客观原因是时间仓促，准备不充分，山大林密、道路不熟、语言不通、散兵难俘等。但主要原囚还是我们战术上有缺点，有的部队在敌我相等的情况下，不是采取以小部挡正面，主力从敌后和侧翼攻击；不懂得首先完全断敌退路，把自己的主力插到敌背侧攻击是最有效歼灭敌人的战法。”他表扬了担任正面攻击的三十九军、四十军及时捕捉战机，打得勇猛顽强。四十二军两个师在东线顶住了敌军多次猛烈进攻，完成了牵制东线之敌的任务。彭德怀严厉批评三十八军的领导对敌估计过高，不敢大胆截断敌人退路，使这次可能歼敌两三个整师的战役计划未能完成。彭德怀说着说着，火气越来越大，将右手重重地往桌案上一拍：“我彭德怀别的本事没有，斩马谡的本事还是有的！”怒声震动会场。当时参加会议的一位指挥员回忆说：“彭总的讲话，真有‘叱咤则风云变色’的威力。”顿时，会场鸦雀无声。稍停，彭德怀的语气缓和下来，说：“当然，这次战役打得不理想，我彭德怀也有责任，不能把责任完全推给你们。”关于下一步行动，彭德怀说：“此役未歼灭敌军主力，敌人也还没有摸清我军的兵力，一定会组织反攻，我军应作好迎敌进攻的准备。在我空军、炮兵、坦克未组成前，我们仍以分散敌人，尔后采取运动战、阵地战、游击战相结合，内线和外线相结合的方针，分割包围，各个歼灭敌人。”在这次总结会议上，彭德怀对参加这次战役的各部队有表扬，有批评，功过分明，不讲情面，使各军指挥员深为信服。会议结束后，彭德怀邀第一副司令员邓华在大榆洞外散步。自从受命担任志愿军司令员以来，彭德怀还没有像今天这样轻松过。抗日战争中，彭德怀是八路军副总司令，邓华是八路军下属的支队指挥员，现在却并肩共事。两人边走边谈，有说有笑，邓华要彭德怀谈他的战争经验，彭德怀说：“我一辈子打仗，没有什么高招，只懂得指挥千军万马打仗，可不是儿戏，必须精心策划，周密部署。指挥员多用一分心血，战士就少流一分鲜血，不能以战士的生命去无谓冒险。要牢记，任何父母，当知道自己的孩子牺牲了，那痛苦和悲伤都是难以忍受的。”返回司令部时，彭德怀又说：“今后指挥打仗要学更多的科学知识，这主要要靠你们及年轻的同志啊！”
中国人民志愿军在第一次战役中还没有把麦克阿瑟打痛。麦克阿瑟判断中共只派出少数志愿军象征性的出兵，不过是为了保卫边防和鸭绿江边的电力设施；中国遭受了长期战争的破坏，经济贫困，百废待兴，无力支援这场战争。断言“中国人现在没有参战，战争在两个星期之内就会结束”。随即调集大量兵力，凭借强大的海、空军支援，发起“圣诞节回国总攻势”。
这时，麦克阿瑟指挥的第一线作战部队共5个军13个师另3个旅和1个空降团，约22万人，飞机1200余架。其部署是，东线以美军第十军为主力经长津湖西进，西线以美军第八集团军为主力由清川江北上，计划在江界以南之武坪里衔接后，围歼在朝鲜北部战场的中国人民志愿军和朝鲜人民军，于“圣诞节（12月25日）”前攻占全朝鲜。
11月3日，彭德怀电毛泽东，建议将华东的第九兵团之二十七军开新义州东北地区隐蔽集合，准备“联合国军”再攻。4日，彭德怀又向毛泽东报告：“拟采取巩固胜利、准备再战的方针。当前具体工作是消除疲劳，总结经验，加强运输，储存粮食，利用大山深沟处挖窑洞，打土坑、糊泥棚，解决住宿困难。在内线要点构筑必要工事，如敌再进，诱其深入后歼灭之。”
11月7日，被志愿军击退到清川江以南的敌军，经过重新整顿，以部分兵力对志愿军阵地实施试探性进攻。与此同时，麦克阿瑟为阻止志愿军继续增兵，命令空军“全部出动，以最大的力量摧毁鸭绿江上的所有桥梁和沿江一带北朝鲜的城镇和村庄”。美国空军每天出动各型飞机达1000架次，对鸭绿江大桥和朝鲜边境城市新义州等地进行毁灭性轰炸。鸭绿江南岸一片火海，浓烟滚滚，所有城镇都化为废墟。
就在美机狂轰滥炸之时，志愿军后续部队第九兵团（二十军、二十六军、一十七军）15万人于11月7日、12日、19日先后巧妙地由辑安、临江秘密渡过鸭绿江，担任东线作战任务。志愿军第一线作战部队达到9个军30多个师约40万人，为“联合国军”第一线兵力的1.7倍，东西两线志愿军的地面兵力均占敌优势。
为了下次战役歼灭大量敌人，彭德怀在大榆洞召开志愿军党委会议，研究第二次战役的作战方针和布署。彭德怀分析说：“麦克阿瑟虽遭到第一次战役的打击，但美军主力未受损失，同时他对我军的兵力还不清楚，所以，肯定还要向鸭绿江大举进攻。我军虽在兵力上占优势，但装备太差，如和敌军死拼硬顶，肯定要吃亏。不如先避其锐气，故意示弱，边打边退，迷惑敌人，诱其深入。我军可以后撤30至50公里以分散敌人，然后在运动中寻机歼敌，这是我军的拿手战术。我们要在清川江畔钓大鱼！”经过讨论，大家同意彭德怀的方案。会后，彭德怀命令各军，把清川江、大同江以北的德川、戛日岭、杜日岭、球场之间的地区全部让给敌人，诱敌上钩。根据彭德怀的指示，各军在后撤时沿路丢弃一些枪弹衣物，似已溃不成军。而志愿军主力则转移到敌人侧翼，进入山林，严密伪装。昼不冒烟，夜不露光，消除各种可疑痕迹。
当时，朝方领导人对彭德怀后撤几十公里诱敌深入的战役部署十分不解，询问彭德怀为什么不乘胜向清川江以南追击。彭德怀后来回忆说：“他们当时忽视了在武器装备上敌优我劣的具体条件，极力主张乘胜追击。我们当时如果不坚持自己的意见，而同意他们的意见，那肯定不会取得第二次战役那样大的胜利的。”“联合国军”自7日开始试探性进攻后，前线指挥官接受第一次战役中被围歼的教训，前进谨慎，边进边看，进攻速度十分缓慢。至15日，平均每天只前进两三公里，迟迟未进入志愿军预定歼敌地区——东起宁远、德川，西至云山、纳清亭之间。后来接任美国第八集团军司令的李奇微在回忆中写道：“前线指挥官在向鸭绿江接近时很清楚前面的危险。因此，他们一面不折不扣地服从麦克阿瑟的命令，一面尽力防备灾难的发生。”
为“在清川江畔钓大鱼”，围歼更多的敌人，彭德怀根据毛泽东的指示和敌我态势，确定集中9个军共30个步兵师，在东西两个战场同时对敌发起第二次战役，而以西战场为主。西线集中6个军18个师，东线集中宋时轮兵团的3个军12个师参战。彭德怀接受第一次战役的经验教训，认为必须加强对第一线迂回部队的指挥，遂决定由副司令员韩先楚组成志愿军前进指挥所，直接指挥三十八军和四十二军作战。韩先楚当时不过40岁，善打硬仗恶仗，屡建战功。17日临行前，彭德怀对他说：“在第一次战役中，三十八军动作迟缓，没有按时完成阻敌任务，让敌人逃跑了，使整个战役没有达到预期的目的，战果十分的不理想。我听说三十八军过去在国内战如猛虎，很能打仗，这次我要再考验他们一次，看看他们的战斗作风倒底怎么样。所以，仍让三十八军担任西线迂回阻击任务。这次阻击关系到整个战役的成败。你们沿途遇敌不要恋战，必须不顾一切，直插交通要道三所里，这是我军截断敌军南逃北援的一道‘闸门’，一定要按规定的时间插到底。你要亲自到前线指挥该军行动，如插不到指定位置，别回来见我！”彭德怀来回踱了几步，又继续说：“沿途可能会遇到小股敌人的纠缠，能避则避，不能避时就冲过去。在占领三所里和龙源里后，要不惜一切代价，象钢钉一样，狠狠地钉在那里。没有我的命令，不准后退！”
11月17日，彭德怀指示志愿军政治部主任杜平，挑选一批俘虏放回去，争取在第二次战役中被围的敌军官兵缴械投降，减少我军不必要的伤亡。彭德怀的这一决定立即得到毛泽东18日的回电赞扬，说：“你们释放一批敌俘很好，应赶快放走，今后应随时分批放走，不要请示。”18日晚第一次释放100名战俘后，在国际上引起强烈反响，11月23日，美联社记者报导被释放的美国俘虏说：“他们得到和中国军队同样的口粮，中国军队待他们很好，并对受伤者进行治疗。”“中国士兵不搜美国士兵的口袋，不拿他们的香烟和手表等日用品。”释放美军战俘对美军震动很大，在第二次战役中，有两起共280名美军士兵向中国人民志愿军投降。鉴于“联合国军”行动变得谨慎缓慢，16日，彭德怀电令各军继续北撤，一律停止向前进之敌进行反击，以诱敌放胆向我预定战场前进。麦克阿瑟及其司令部果然判断志愿军继续后撤是“因兵力不足，装备低劣而怯战败退”，又吹嘘：“联合国军对鸭绿江沿岸实施的空军突击，己迫使中共后续支援部队不能进入战场”，仍断定入朝志愿军“最多不超过六、七万人” ,“不是一个不可侮的势力”。于是，命令东西两路军队加快北进速度。美国合众社记者自前线报导说：共军对前进的美军未加抵抗，但是零下20摄氏度的严寒几乎和敌人一样厉害，滴水成冰的气候阻碍了现代化装备的运动。大批手指冻伤和口粮不足的军队向北急进。第八集团军从左翼向清川江以北进攻，第十军从右翼向江界进攻，左右两路直奔鸭绿江。此时，隐蔽在西线的志愿军6个军的主力部队已分别转移至龟城、云山、德川以北地区，东线3个军也全部秘密地到达指定位置，完成了战役集结。西线由韩先楚组成的前进指挥所根据彭德怀的指示，详细制订了歼敌计划。11月22日，西线冒进之敌薄弱部位在其右翼的南朝鲜第七师第八师。而该敌对面，正是志愿军左翼的三十八军和四十二军。彭德怀高兴地手拿放大镜在地图上看来看去，认为诱敌上钩之方案确己实现，敌军正向志愿军预定的战场前进，赶快把副司令邓华、洪学智和参谋长解方找来一起研究，认为这次战役选择在这里开刀十分恰当。即日，令韩先楚和三十八军、四十二军以先切断、后包围的战术，求得全歼德川、宁远地区的南朝鲜七、八两师。攻击时间仍按21日下达的命令定于25日晚开始。
这时，“联合国军”正气势汹汹地急速北进。24日，其东西两路地面部队在数百架飞机的配合下发起全面进攻。面对敌军的攻势，又有人对志愿军是否能顶住飞机、坦克加大炮的敌人十分担心。彭德怀则胸有成竹，镇定自若，对司令部的人说：“要诱鱼上钩，你必须让鱼尝点甜头。麦克阿瑟吹嘘说他从来没打过败仗，看看这次战役究竟谁能把谁吃掉。”为进一步造成敌人的错觉，彭德怀再次电令各军仍以小部队与敌人保持接触，诱其深入，为分散敌人创造有利战机。麦克阿瑟在日本东京总司令部得意地说：“联合国军，猛烈的钳形攻势已经开始，全面的空中突击均已达到了目的。”他高兴地收看来自前线的电报：“中国人似乎在全线撤退”, “最后胜利即将到来”。11月24日10时，麦克阿瑟向全世界发表公报宣布：“联合国军已开始发动圣诞节结束朝鲜战争的总攻势。”随后，他乘飞机到朝鲜上空“亲自侦察一下朝鲜北部的地形，并寻找敌人行动的迹象”。但他“看到的是那广阔无垠、十分荒凉的乡野，起伏不平的山丘、和张着大口的裂谷。而鸭绿江满江碧绿的江水被无声无息的厚厚的冰雪所覆盖了”。随后，麦克阿瑟返回东京总部对他的部队广播说：“中国人现在没有参战，战争在两星期之内就会结束。要迅速打到鸭绿江，回去过圣诞节。”11月25日，即麦克阿瑟发表公报的第二天，西线“联合国军”各路被志愿军诱至预定战场，翼侧暴露，后方空虚，完全中了彭德怀之计。西线志愿军各军则按彭德怀的命令完成攻击准备，定于当晚对敌发起大规模反击。当此紧要时刻，却“祸从天降”。驻在大榆洞南山坡上的志愿军司令部，突遭美国飞机的轰炸。这是由于几天来志愿军司令部收发电报甚多，美军通过空中侦察和无线电测向，发现了志愿军总部的位置。25日上午11时左右，4架美国轰炸机突然飞临司令部土空，投下大量凝固汽油弹。作战室的木板房和周围的山林、小屋，顿时浓烟滚滚，烈火腾空而起。翻译毛岸英、参谋高瑞欣二人正在木屋内值班，来不及逃出，不幸牺牲。大家围着遗体痛哭，彭德怀脸色苍白，眼含热泪，悲愤交加，默不作声。想到毛泽东和周恩来曾几次来电督促他：“你们的指挥所应建筑可靠的防空洞，保障你们司令部的安全”。“你们指挥所应速建坚固的防空洞，立即修建，万勿疏忽”。“请你们充分注意机关的安全，千万不可大意”等等，辞意急切。而他每天只忙着指挥打仗，没想到发生了如此重大的不幸，使他既内疚又追悔莫及。
中午，司令部机关几乎没人去吃午饭。下午3时，彭德怀和志司党委成员商量后，决定把这次不幸事件报告军委。电文如下：“军委并高（岗）、贺（晋年）：我们今日7时已进入防空洞、毛岸英同3个参谋在房子内。11时敌机4架经过时，他们4人已出来。敌机过后，他们4人返回房子内，忽又来敌机4 架，投下近百枚燃烧弹，命中房子，当时有二名参谋跑出，毛岸英及高瑞欣未及跑出被烧死。其他无损失。志司25日16时。”中央机要室收到电报后，先送给周恩来阅。周恩来在电报上写道：“刘（少奇）、朱（德），因主席这两天身体不好，故未给他看。”
在美机轰炸大榆洞的25日黄昏时分，第二次战役按照彭德怀的命令打响。西线志愿军三十八军、四十二军在韩先楚指挥下，乘敌立足未稳，出其不意地对进犯到德川、宁远地区之南朝鲜第七师、第八师发起猛烈攻击。一夜之间，三十八军一一三师从敌右翼涉过大同江，到达德川以南，切断了敌南逃退路。一一二师从敌左翼进攻，迂回到德川以西，切断了德川与军隅里敌的联系。从正面进攻的一一四师则进据德川以北，从而完成了对德川之敌的包围。敌人在大量飞机掩护下，企图向西南突围，均被打退，激战至26日黄昏，南朝鲜第七师5000余人大部被歼，美军顾问7人全部被俘。
志愿军四十军主力担任配合三十八军方向作战，于25日晚向球场以北之美军第二师一部发起进攻，歼敌数百人，余敌向南溃逃，该军未完成穿插分割的任务。这又使彭德怀坐卧不安，在作战室里踱来踱去，指示参谋长解方立即发电，令四十二军向三十八军靠拢，配合该军堵截南逃之敌。四十二军3个师与敌展开激烈战斗，至26日拂晓，攻占了宁远城，将南朝鲜第八师大部歼灭。经过26日一天的战斗，志愿军在德川、宁远地区打开了战役缺口。27日晚，东线志愿军第九兵团为配合西线各军作战，按预定计划向当面之敌发起攻击。彭德怀判断，在东线志愿军开始攻击后，西线之敌可能退向清川江南岸阻止志愿军南进，即令西线各部向当面敌军进攻。28日晨，各军均占领了预定目标并歼敌一部。三十八军攻占了德川、戛日岭后，整个清川江北面的美军数万人见势不妙，企图南逃。而此时，三十八军根据彭德怀事先的命令，已于27日夜派一一三师一夜长驱70公里，于28日晨8时抢占了敌军南逃北援必经的交通要道三所里。三所里扼平壤向北通往价川的公路干线，是西线美第八集团军的心腹地带，也是志愿军截断敌军南逃的一道“闸门”。一一三师出敌不意出现在三所里，犹如一把利剑，刺进了美第八集团军的心脏。使拥挤在西线的美、英、土军几万人乱成一团，部署在清川江附近的美军3个师和南朝鲜、英、土军1个师2个旅残部全线动摇。上午9时，美军骑一师在飞机、大炮、坦克的支援下向占领三所里的一一三师阵地猛攻，企图突破一个缺口南逃。志愿军前线指挥员韩先楚立即电令四十二军夹击驻守顺川附近之骑一师，以减轻一一三师的压力；又电令一一四师，从东往西侧击从三所里、龙源里方向突围的敌人。志愿军参谋长解方受彭德怀的委托，当天3次用无线电报话机激励一一三师不惜一切代价，截断敌人的退路，配合主力在大会战中歼灭敌人。该师三三八团前仆后继，守住了阵地。当晚一一三师估计敌人在三所里突围失败后，有可能由龙源里方向逃跑，又派三三七团连夜向龙源里奔袭，在29日拂晓前抢占了龙源里阵地，截断了敌人的另一条退路。这时，一一三师远离主力，孤军深入敌后80公里，在严重伤亡的情况下，靠低劣的武器装备，紧紧卡在“联合国军”几个师的后方。
这时，“联合国军”蜂涌向南突围，平壤附近的英军二十九旅，沿公路向北接应。南逃之敌为打开通路，以数百辆汽车组成庞大车队，在飞机和坦克引导下向三三七团龙源里阵地连续突击。该团指战员英勇奋战，始终坚守阵地。彭德怀3次电令三十八军军长梁兴初、政委刘西元指挥主力迅速向一一三师靠拢，又电令四十二军迅速向顺川、肃川方向进攻，指示该军说：“能否乘敌撤退混乱中消灭敌人主力，关键在于能否先机占领肃川，断敌退路。”根据彭德怀的命令，西线志愿军6个军在西起安州，东至军隅里、南至龙源里、三所里地域内，展开了围歼敌人的大规模战斗。刘西元在战后回忆写道：“11月29日13时，在龙源里激战的一一三师指挥所无线电报话机里，响起了急促的讯号，师政委于敬山拿起话筒，听见一个湖南口音很浓的人大声说：‘我是彭德怀！你们那里的情况怎么样？现在向南逃跑的敌人已全涌向你们那里去了，你们到底卡得住卡不住？’于敬山大声回答：‘报告彭总，我们虽伤亡很大，但完全有信心把敌人卡在这里。’彭德怀高兴地说：‘很好！要告诉战士们，你们打得蛮好！我们的主力部队正在向你们那边靠拢，你们要加把劲，继续把美国人卡住，不让敌人跑掉！' 于敬山立刻把彭司令员的鼓励，传到硝烟滚滚的战壕里。统帅和战士的心紧紧的联系在一起。”
11月30日是志愿军第二次战役最关键的一天，也是战斗最激烈的一天。被围困在价川、安州以南，三所里、龙源里以北狭小盆地内几个师的敌人四处乱窜，拼死突围。此时，彭德怀再次电令一一二师坚决堵住逃敌，同时，志愿军各部从二面向二所里，龙源里地区合围，各军逐步紧缩口袋。麦克阿瑟见势不妙，集中1 00多架飞机，400多门大炮，对志愿军各路战斗部队狂轰滥炸，以坦克为前导，采取“波涛式”的集团冲击实施突围。而志愿军一一三师犹如钢柱钉在三所里和龙源里两条交通要道上，坚持了50多个小时，使南突北援之敌，双方相距不到1公里，却始终可望而不可及，无法会合。
经过30日白天的鏖战，“联合国军”突围未成，最后丢弃汽车和重装备，企图沿公路两侧南逃。30日晚上，志愿军前进指挥所司令员韩先楚，根据彭德怀的命令，指示各军对被围之敌再次发起猛烈围歼。刘西元回忆当时的情景：“在十几公里长的战线上，敌人丢弃了几千辆汽车、炮车、和被炸毁的坦克。在公路两侧还有上万桶的汽油，近万吨的军用物资，被美军的猛烈的炮火击中，炸声如雷，烟柱冲天，火光染红了天空和山峦，漫天灰烬飘落在战场周围十几里的田野里。这场浓烟烈火，一直到第二天傍晚才渐渐熄灭。”
12月1日凌晨，枪炮声渐渐减弱，烈火沿着公路和山岗仍在燃烧，战场到处都是敌我撕杀后的惨烈情景。彭德怀连续6个日夜几乎没有合眼，得悉三十八军围歼敌人的消息，非常兴奋。回想在第一次战役时，该军没有完成歼敌任务，他曾对该军领导人进行了十分严厉的批评；而在这次战役中，三十八军打得英勇顽强，完成了阻敌任务，对整个战役的胜利，起了关键的作用。他即于12月1日以志司领导人彭、邓、洪、韩、解、杜的名义，起草了一封给三十八军的嘉奖电并通报全军。电报写完后，觉得意犹未尽，又在电稿最后的夹缝内加写了“二十八军万岁”几个字。有人劝说：“在我军历史上还没喊哪个部队万岁的，这样写不好吧？”彭德怀说：“这次战役胜利，三十八军起了关键作用，打得好，就可以喊万岁嘛！”此后，三十八军被称为“万岁军”，在全军美名传扬。
12月1日，溃不成军的敌人丢弃大量装备和伤员，在100多架飞机的掩护下，转向三所里以西经安州方向突围南逃，此时整个西线“联合国军”朝“三八线”及其以南实施总溃退。彭德怀即命令西线志愿军转入追歼战。后来，美国军方描绘这次溃退的狼狈情景说：“我们有的被包围，有的被渗透到背后的中国人截断了退路……在这里已分不清哪里是前线，好象到处都有中国人。”败退的“联合国军”在飞机的掩护下，依赖摩托化车辆急速撤退，而志愿军是以徒步追击，难以奏效。彭德怀遂于12月2日电令各军主力就地集结，休整补充，各以1个师追击敌人。12月5日，“联合国军”被迫退出平壤，继续向南溃退了260公里。6日，志愿军收复平壤。尔后，又乘胜南进抵达“三八线”附近。与此同时，人民军占领了“三八线”以南的延安半岛和瓮津半岛。原留在“联合国军”战线后方的朝鲜人民军第二军团和第五军团各一部乘机越过“三八线”，占领了春川、加平等地。此役西线志愿军共歼敌23000余人，缴获与击毁各种火炮500余门、坦克100余辆、汽车2000余台和大量军用物资。
当西线志愿军于11月25日晚对敌发起大规模攻击时，东线“联合国军”尚未查明志愿军的意图，仍根据麦克阿瑟“圣诞节总攻势”的命令向长津湖方向进攻。而志愿军第九兵团3个军根据彭德怀的战役部署，已隐蔽构成对敌三面包围的态势，于11月27日晚向进犯到长津湖以南之敌发起突然攻击。“联合国军”在空军和坦克的配合下，连续向志愿军阵地猛攻突围。志愿军九兵团原驻华东长江以南地区，指战员服装单薄，入朝时间仓促，准备不充分。而此时朝鲜东北部气温己降至摄氏零下20多度，部队除战斗伤亡外，冻死冻伤很多。彭德怀对九兵团的困难十分关切，电九兵团司令员宋时轮，要其在歼灭美陆战一师全部或大部后，乘胜进攻咸兴和新兴，迫使美李军从海道向“三八线”撤退，使九兵团能在较温和的咸兴、新兴地区过冬。
第九兵团冒严寒与敌连续战斗，至12月12日，被围之敌在美军第三师接援下突出包围，陆续撤至连浦、兴南港地区，其残部乘船从海上向“三八线”以南逃跑。第九兵团乘胜收复了兴南地区及沿海各港口，先后共计歼敌万余人。至此，彭德怀部署和指挥的第二次战役以歼灭“联合国军”3.6万余人而结束。在第一次和第二次战役中，敌人虽曾施用空中和地面各种现代化的侦察手段，竟然没有发现志愿军几十万人马的踪迹。李奇微在战后回忆及此，说：“这在当代战争史上也可称为是一件奇迹。”经过第二次战役，中国人民志愿军收复了朝鲜民主主义人民共和国的全部领土，将“联合国军”和南朝鲜军自鸭绿江边打退到“三八线”一带转为防御；使朝鲜民主主义人民共和国转危为安。美国和资本主义世界各国感到十分震惊，纷纷发表评论。12月5日，美国《纽约先驱论坛报》评论说：“这是美国陆军史上最大的失败。”美联社惊呼：“这是美国建军史上最丢脸的失败。”美国前总统胡佛在12月20日发表的广播演说中说：“美国在朝鲜被共产党中国击败了。世界上没有任何部队足以击退中国人。”
中国人民志愿军取得了两次战役的伟大胜利后，中央军委考虑志愿军已打出了国威军威，对志愿军及其统帅不须再行保密。12月5日，新华社广播了中国人民志愿军在彭德怀将军指挥下，与朝鲜人民军并肩作战正向平壤进攻的消息。这一新闻播出后，大批慰问信、各种包裹、食品源源不断寄到朝鲜战场，慰问志愿军和亲临朝鲜前线指挥的彭老总。时任中共湖南省委书记的黄克诚，在信中亲切地写道：“敬爱的彭总：每当哪里最危险，哪里最艰苦，哪里最困难。你就在哪里出现，你真不愧为伟大的共产主义战士，我党的优秀党员，中华民族的英雄儿子……”一堆堆的慰劳品使得彭德怀身边的工作人员为难了。大家都知道他的脾气，而他的栖身之地也只能放一张行军床和当桌子用的炮弹箱，于是慰劳品就堆积在警卫员的小屋内。彭德怀看到了，叮嘱警卫员说：“把这些慰劳品通通分到志司的领导同志和机关各部门去，让每个人都能吃上一点，特别要多分给机要处和电台的同志们，因为他们的工作最紧张、最辛苦。我和大家一样，该分多少就分多少，绝不能多分多留。”
第二次战役取得胜利后，彭德怀那严肃紧张的脸色松解了一些，有时也在潮湿的涵洞里和人下下象棋。一天，彭德怀正和洪学智棋盘对阵，作战处副处长成普过来说：“彭总，国内给你寄来一封亲收信。”彭德怀随即说：“慰问信，你拆开看看吧！”拆开信一看，原来是他夫人浦安修寄来的。从1950年国庆节后，彭德怀匆匆离开西安去北京，浦安修和其他人一样，只以为他在北京开会，直到第一次战役后，她才知道彭德怀又踏上了烽火战场。她曾和彭德怀一起在华北敌后和西北战场度过10个春秋，这次她也认为应当和他一起上前线，在信中问他是否需要她到朝鲜来。彭德怀接过信看完，笑道：“千军万马正在打仗，她来干什么哟。”洪学智插话：“这可是好消息，安修同志是关心你呀！千里之外一线牵嘛！”涵洞内一片笑声，这反映了大家对取得第二次战役胜利的喜悦和司令部上下级之间亲密的感情。