1950年11月上旬，志愿軍第一次戰(zhàn)役結(jié)束后各部開始后撤，沿途有意遺棄部分破舊武器和物資。這種誘敵行動，使美國軍政首腦大都認(rèn)為中國出兵是象征性的。為占領(lǐng)全朝鮮，“聯(lián)合國軍”將第一線的兵力增加至20余萬人（其中美軍7個師、南朝鮮軍6個師、英軍2個旅、土耳其1個旅），并有1100架作戰(zhàn)飛機(jī)和900輛坦克支援，伺機(jī)向北進(jìn)攻。

為加強(qiáng)前線的力量，中共中央軍委將原為預(yù)備隊的第9兵團(tuán)于11月中旬調(diào)赴東線作戰(zhàn)。這樣，志愿軍入朝部隊總數(shù)已達(dá)45萬人，其中作戰(zhàn)部隊38萬人，后勤部隊由入朝時的7000人增加至6萬人。

11月24日，“聯(lián)合國軍”統(tǒng)帥麥克阿瑟宣布開始發(fā)動旨在圣誕節(jié)前結(jié)束朝鮮戰(zhàn)爭的“總攻勢”，同日敵軍分頭沿路向北推進(jìn)。這時，西線美第8集團(tuán)軍和東線美第10軍之間留下一個數(shù)十里的缺口，西線美軍右翼又是剛受過打擊的南朝鮮軍第2軍（轄第7、第8師，不足2萬人）。因此志愿軍總部決定利用這個早已選好的薄弱點，向西線敵人的右翼德川發(fā)動攻擊。

25日夜，西線志愿軍6個軍同時發(fā)起進(jìn)攻。因敵人兵力火力密集，不易分割，一時形成對峙。向敵右翼迂回的第38、第42軍利用敵軍的接合部疏于守備，各穿插部隊一夜之間就順利地將南朝鮮第2軍分割。隨后，志愿軍總部命令第38軍和第42軍向西線進(jìn)行雙層迂回。第38軍進(jìn)行內(nèi)層迂回，插向價川、三所里，包抄美第9軍后方。第42軍進(jìn)行外層迂回，插向順川、肅川，準(zhǔn)備將美第8集團(tuán)軍主力合圍于平壤以北。

27日晚，第38軍第113師輕裝沿山間小路全速前進(jìn)，為迷惑敵人索性去掉偽裝整隊前進(jìn)，使敵機(jī)誤以為是南朝鮮軍。28日8時，該師14小時前進(jìn)72．5公里，插到了平壤至價川公路的交叉點三所里，使清川江北的敵軍三面被包圍。

29日上午，清川江以北的敵人開始全線撤退。為了打開美第9軍的退路，美第2師由北向南，美騎1師則由平壤北上，南北對攻三所里。當(dāng)時，第38軍被夾在三所里、龍源里一線，南北之?dāng)诚嗑嗖蛔?公里。經(jīng)英勇奮戰(zhàn)，志愿軍指戰(zhàn)員終于頂住了南北兩面的敵人。第38軍迂回三所里的成功，對于第二次戰(zhàn)役的勝利起了關(guān)鍵作用。與此同時，擔(dān)任外層迂回任務(wù)的第42軍也插到順川以東的新倉里，對于整個西線敵軍側(cè)后構(gòu)成嚴(yán)重威脅。此時美第9軍見在三所里突圍無望，遂丟棄2000余輛汽車和坦克，掉頭向西會合美第1軍，沿海邊公路南逃，其部分掩護(hù)部隊被志愿軍消滅，美軍共有3000余人被俘。

西線敵軍主力依仗快速機(jī)動能力逃脫了合圍，隨后又于12月4日下令放棄平壤，一直向三八線以南退卻。志愿軍總部見以徒步追擊無效，只以3個師跟隨南進(jìn)收復(fù)平壤，主力轉(zhuǎn)入休整。

西線展開激戰(zhàn)的同時，東線以高寒的長津湖畔山區(qū)為中心，志愿軍對美軍展開一場圍殲戰(zhàn)。11月中旬，美國海軍陸戰(zhàn)第1師和美第7師一部沿著咸興——江界公路，向北推進(jìn)至長津湖一帶。11月27日晚，隱蔽進(jìn)入長津湖東西兩側(cè)的我第9兵團(tuán)突然以8個師發(fā)起攻擊。經(jīng)過一夜戰(zhàn)斗，把一條長蛇似的美軍割成五段。敵遭志愿軍分割包圍后，立即以200余輛坦克在三個主要被圍點構(gòu)成環(huán)形防御，并通過臨時機(jī)場運(yùn)走傷兵和運(yùn)來彈藥、御寒裝備。由于志愿軍主要依靠步兵火力攻堅，雖然在夜間再一次突入敵陣地，可是天亮前卻總是無法解決戰(zhàn)斗，為防敵空襲只好一次次撤出。

30日，志愿軍第27軍集中2個師的兵力和全軍炮兵，攻擊新興里的美第7師第32團(tuán)和第31團(tuán)的一個營，從而在火力上略占優(yōu)勢。當(dāng)天因風(fēng)雪交加氣候惡劣，敵空軍難于支援，志愿軍突破外層防御后又以設(shè)伏方式基本殲滅了突圍之?dāng)?。這一仗，是抗美援朝戰(zhàn)爭史上志愿軍成團(tuán)建制殲滅美軍的唯一戰(zhàn)例。

長津湖附近的其余被圍美軍懾于被殲，從12月1日起在大量飛機(jī)支援下，以集群坦克為先導(dǎo)，沿著唯一的山間公路在白天節(jié)節(jié)向南沖擊。這時，志愿軍第9兵團(tuán)部隊彈藥大都耗盡，糧食供應(yīng)達(dá)不到最低需求的一半。氣溫又已降至零下40度，部隊在饑寒交迫中大量凍傷減員，難以阻止敵人突圍。美陸戰(zhàn)第1師和第7師一部在被圍15天后，僥幸逃出了包圍。東線美10軍全部撤入咸興一興南港后，在海軍艦炮和航空兵火力的環(huán)形火網(wǎng)的掩護(hù)下，至24日全部從海上撤走。至此，第二次戰(zhàn)役結(jié)束。

第二次戰(zhàn)役以將敵趕到三八線以南而勝利結(jié)束，戰(zhàn)役共殲敵3．6萬人，其中美軍2．4萬人。美軍10天內(nèi)即敗退了300公里以上，美國國務(wù)卿艾奇遜稱此為“美國歷史上路程最長的退卻”。在這次戰(zhàn)役中，志愿軍除了戰(zhàn)略指導(dǎo)正確和戰(zhàn)役部署巧妙外，在戰(zhàn)術(shù)上也最充分地發(fā)揮出國內(nèi)戰(zhàn)爭中形成的機(jī)動靈活、善于夜戰(zhàn)和接近敵人后即分割穿插的傳統(tǒng)戰(zhàn)法，出奇致勝，取得收復(fù)北朝鮮的戰(zhàn)略性勝利。