中国人在仁川登陆前一直不太愿意参予朝鲜战争。毛泽东以及中共高官们经过长期争论后，终于在10月2日下定决心。然而，由于部队调动的困难，以及苏联背弃空军支援的诺言使中国人对参战再度犹豫，中共军队一直拖到10月20日方进入朝鲜。

中国人最初的计划是在北朝鲜的中部山区建立一条从安州到咸兴的防线。中国人打算在冬季苏联装备到达以前守住这条防线。开春后，再利用手中现代化苏式武器将联合国军赶出整个朝鲜。

10月20日，中共军队开始跨过鸭绿江。然而，第八军此时已攻克平壤，并且向北越过清川江继续向鸭绿江边挺进。中共军队已无法按计划进入指定地点。10月25日，中共军队与第八军在清川江以北遭遇。经过九天激战，中国人重创第八军并迫使它退回清川江南岸。

在朝鲜半岛东部，南韩军两个师在10月10日夺取了元山并继续向北推进。毛泽东估计这两个师向北打到长津水库后会向西转进。为保护与第八军作战之中共军队的左翼，隶属第三野战军的42军接到命令向南进入山区，寻求战机企图歼灭南韩军这两个师。11月3日在荣光地区被海军陆战1师第7团击溃的中共军124师就是这个军的先头部队。

毛泽东一直以为海军陆战1师会在平壤附近的南浦港登陆。出乎他的意料，海军陆战1师与陆军步兵第7师一起出现在朝鲜东海岸。毛泽东认识到他需要加强东线的兵力。他随即命令第三野战军精锐，宋时轮第九兵团12个师15万人马立即开入朝鲜，“寻求战机消灭敌人在东线的4个师” 。

第九兵团11月5日进入朝鲜。20军(共4个师)最初占据从满浦到林产里一线，阻击所有向西的通路。27军随后跟进，向东占据狼林城负责保卫向北的通道。26军最后出动，在临江过江并占领临江和赴战之间的位置，阻击可能来自步兵第7师向鸭绿江边的攻击并担任兵团预备队。

11月12日，宋时轮将军制订一份作战计划，首先攻击并消灭海军陆战1师先头部队第5团和第7团，然后再将整个第10军团一部一部消灭掉。宋时轮将他的计划送交毛泽东批准。毛泽东在回电中说：“美国海军陆战1师是美国军队中战斗力最强的部队，用我们4个师的力量去消灭它两个团似乎不太够。你应该再增加1或2个师做为预备队。26军应驻扎在靠近前线的位置” 。

第九兵团原计划在11月25日发起攻击以配合中共军队在西线的作战。但由于部队进入攻击位置迟缓，一直到27日方准备完毕。此时整个作战配置如下：

在柳潭里, 89师的4个营在向西的道路上阻击我军的攻势，79师以及94师各1个团从北发动攻击。59 师负责切断柳潭里以南我军后路并占领死鹰岭。 在下碣偶里, 58师从西南方向发起攻击并占领该镇。 60师负责切断下碣偶里和古土里之间的道路并占领古土里。 在长津水库以东，80师外加81师一个团将攻击并消灭我军陆军作战单位。

到11月29日，宋时轮发现他的攻势进展并不顺利。在柳潭里 担任主攻的79师攻不破我军防御阵地。当晚宋时轮改变了作战计划，把他的主攻方向移到水库以东对陆军31步兵特遣队(两个步兵营，一个炮兵营，一个装甲重机枪连)的作战上。81师剩余的两个团，又加上94师一个团共7个团投入了战斗。

战役在12月2日达到高潮，但双方当时都未认识到。那一天，陆战队第5第7两个团突破了中共军在死鹰岭的阻击阵地，并将于第二天到达下碣偶里。中共军在水库东侧打垮了陆军31步兵特遣队，但自己也消耗过大无力再战。在最初参加攻击的中共军8个师里，有5个师不得不撤离战场，另有两个师也遭受严重损失。

在柳潭里，79师和59师退出战斗。水库东侧的80师和81师也不能再参与进一步的行动。在下碣偶里, 58师在它自己向我军防御阵地发动的攻击中已基本被消灭。60师被严重削弱以至它已无力向古土里发起攻击。89师也伤亡惨重。

中国人在地面战斗，空袭，及严寒的天气里伤亡巨大。酷寒的天气曾是我军最大的敌人现在却是我军最大的盟友。由于没有适当的御寒服装，中共军队的战斗力因为大批士兵被冻死冻伤而被严重削弱。中共军队落后的后勤供应系统也是战败的重要原因之一。2-3天内，大部份中共军队耗光了在过江时随身携带的弹药，而且食品也供应不上。

因此，宋时轮将军在12月2日命令在赴战江以南的26军投入战斗，接替对下碣偶里的进攻。26军由于遇到猛烈的空袭行动迟缓，而且，根据一份中国资料表明：“一些部队在暴风雪中迷失了方向”。直到12月5日，26军仍不能对下碣偶里发起攻击。先期到达的部队占据了东山并企图坚守。12月6日晚，当海军陆战1师向下碣偶里攻击前进时，曾与26军某些部队发生战斗。但26军的这些部队组织不起有效的反击。

最后的障碍是Funchillin山口。在绝望中，毛泽东命令宋时轮组织58师和60师残部在此做最后的阻击。陆战1师为夺取山口最初发动的攻击遇到了中等程度的抵抗。然而，12月8日之夜是整个战役期间最冷的一晚，刺骨的寒风呼啸穿过山口，使大批中国士兵被冻死在战壕里。对冻死冻伤的恐惧也使中共残余部队不敢再战。最后的障碍被清除了。12月11日，我军全部撤到咸兴，与陆军步兵第3师会合。

第九兵团残部在咸兴与重建的北韩军第三军团会合。但无论哪只部队都无力发动攻击，只能向中国资料中讲的那样：“原地监视敌人” 。中共承认非战斗伤亡空前巨大。一份资料承认大约4万人被冻死冻伤。这与我军估计仅26军就有1万人冻死冻伤大致相符。同时中国人战斗伤亡也同样惨重，海军陆战队统计击毙2万5千人，击伤1万2千5百人，几乎与正常的伤亡比例正好相反。由于中国士兵基本上没有医疗协助，在那种奇寒的天气里，哪怕很微小的伤口都是致命的。整个第九兵团基本上伤亡掉一半。12月17日，当毛泽东听说中共士兵们在Funchillin山口被活活冻死的消息时，他打电报对那些死于寒风中的士兵表示他“最深切的哀悼” 。

第十军团司令部报告6千余人伤亡失踪。其中陆战1师783人阵亡，三千人负伤，另有大批冻伤。联合国军所有参战的5个师都无需休整即可再战。

中国人在整个战役中动用了30个师。其中18个师在西线，12个师在东线。空前的伤亡使第九兵团所有的12个师元气大伤。40%的中共军队在3月底以前不经休整无法再战。要是这12个师在51年1月-2月第四次战役第五次战役时能够发挥作用的话，他们的存在将是决定性的。战争可能早在那时就结束了。

因此，公平地说，海军陆战队第1师和陆军31步兵特遣队在海军陆战队第一航空大队，第77快速运输机特遣队的直接支援下，在空军第五大队，陆军步兵第3师的配合下，在长津水库扮演了决定性的角色。我们放弃了地面，但我们拯救了整个战争。