仁川登陆后,朝鲜半岛局势逆转,北朝鲜陷入被动局面。中国政府几乎每天都通过广播警告美国,如果跨过三八线,中国就会出兵。9月30日,周恩来总理在政协国庆大会上发表强硬讲话:“中国人民决不能容忍外国的侵略,也不能听任帝国主义对自己的邻人肆行侵略而置之不理”,10月3日凌晨美国部队大规模进入朝鲜半岛北部前,周恩来召见印度驻华大使潘尼迦,要他转告美国政府:“若美军跨过三八线,侵略朝鲜,我们不会坐视不顾。”这番警告被杜鲁门视为中国对联合国的“外交讹诈”而没有被重视。
10月25日,中国人民响应毛泽东主席“抗美援朝”的伟大号召,组成了以彭德怀为司令员的中国人民志愿军,跨过鸭绿江,投入抗美援朝的战争。从1950年10月25日至1951年5月下旬,连续取得五战五捷的胜利,歼敌23万余人,把美军从鸭绿江边赶回到三八线以南。
从此,中朝部队转而采取积极防御的阵地战,在三八线附近横贯朝鲜25O公里的战线上,构筑起铜墙铁壁般的纵深防御阵地。6月23日苏联驻联合国代表提出关于和平解决朝鲜问题的建议,美国于6月30日表示愿意和朝中方面举行停战谈判。1951年7月10日,朝鲜停战谈判在开城举行,后又改在板门店举行。