2个旅、土耳其1个旅、南朝鲜军4个师，统归美第8集团军指挥；在东线进攻的部队为5个师，其中美军3个师、南朝鲜军2个师，统归美第10军指挥。东西两线仍被狼林山脉阻隔。志愿军东西两线作战部队共有9个军（30个师）38万余人。西线为6个军（18个师），由志愿军总部直接指挥；东线3个军（12个师），由第9兵团指挥。志愿军以1.52：1占有兵力优势。
11月24日，麦克阿瑟下令发动了“总攻势”，并公开向新闻界宣布了他的总攻计划，他认为立即就可实现军事占领全朝鲜的目标了。然而，他高兴得太早了。他万万没有想到，彭德怀已经把他的部队装进了口袋。
“出其不意，攻其无备”，“善守者，藏于九地之下，善攻者，动于九天之上。”彭德怀的守和攻，都大大出乎麦克阿瑟的预料。志愿军按彭德怀的部署，将麦克阿瑟的部队诱至预定地区后，西线于25日黄昏，按预定计划突然发起了反击。
彭德怀抓住麦克阿瑟西线进攻部署的薄弱环节，首先以第38、第42两军在第40军一部的配合下，向美第8集团军担负右翼进攻的南朝鲜第2军团的第7、第8两师发起了反击，并专派志愿军副司令员韩先楚具体指挥该两军作战。经一昼夜作战，将该两师大部歼灭。打开了战役反击的缺口。
接着彭德怀命令在西线反击的其他部队，积极作战，抓住当面之敌歼灭之。同时采取双层战役迂回的部署，命令第38军实施内层迂回，以主力迅速西向位于清川江边价川以南的军隅里攻击前进，以一部取捷径向三所里前进，截断进至清川江以北美第9军的南撤退路，和阻击平壤、顺川之敌经此的北援。三所里位于价川、顺川之间，是清川江以北美第9军南撤，和平壤、顺川美军北援的必经之路；命令第42军实施外层迂回，西向顺川、肃川插进，截断在美第9军以西向北进攻的美第1军的南撤退路，以便我正面主力追击和侧击溃逃之敌。
志愿军各部得令后，积极行动，正面第40、第39、第66、第50军，向当面之敌展开攻击，第38军主力在向军隅里前进途中，击溃从价川急向德川增援的土耳其旅，第42军主力在孟山西南的北仓里歼灭南朝鲜第6师一部，继向西南方向前进。第38军第113师，昼夜兼程，经14小时70余公里的急行军，于28日晨抢占了三所里地区，在发现三所里以西1公里处的龙源里也是一条南北通道时，则派去1个团于当日下午抢先占领，完全截断了美第9军南逃的退路。
根据战场上的形势，28日5时半，毛泽东致电彭德怀、邓华、朴一禹、洪学智，祝贺志愿军歼灭南朝鲜第2军团的大胜利。同时指出：
“目前任务是集中我四十二军、三十八军、四十军、三十九军歼灭美骑一师、第二师、第二十五师等三个师的主力。只要这三个师的主力歼灭了，整个局势就很有利了。”“美骑一师（两个团）正向德川、顺川、成川之间调动，目的在巩固成川、顺川地区阻我南进。我四十二军应独立担任歼灭该敌。”“美九军团指挥之第二师、第二十五师，在球场、院里、军隅、价川一带，我三十八军、四十军、三十九军应担任攻歼该敌。这是很重要的一仗，令各军努力执行之。”当日24时，毛泽东再次致电彭德怀等人，指出：“此次是我军大举歼敌根本解决朝鲜问题的极好时机，望你们鼓励士气，争取大胜。”
彭德怀据此，当即令第38、第42军迅速完成战役迂回任务，令第40、第39、第66、第50军攻击球场、军隅里、宁边地区之敌。至29日晨，志愿军已从北、东、南三面将美第9军指挥的美第2师、第25师、土耳其旅全部和美骑兵第1师、南朝鲜第1师的各一部，包围于价川附近的清川江南北地区。第42军主力歼灭阻击之敌1个营进至顺川以东新仓里地区。麦克阿瑟在西线整个进攻布势被打乱。志愿军在西起安州、东至价川的清川江南北地区展开了勇猛的围追堵截战。在东线的美第10军两师也同时遭到了厄运。
麦克阿瑟搞不清这么多志愿军部队是从哪来的，好像是神兵从天而降。在志愿军突然猛烈的反击面前，麦克阿瑟蒙了、呆了。此时，已经不是他如何歼灭志愿军打到鸭绿江边的问题了，而是他的部队如何从志愿军的包围中逃脱出去，免遭全军覆灭的命运问题了。此时的麦克阿瑟怎么也乐不起来了。他已从乐观的顶点坠入了沮丧的深渊，从信心百倍，胜利在握，转而惊慌失措，乱了方寸。一方面惊恐地向华盛顿报告，他遇到了全新的敌人；一方面错乱地将沃克和阿尔蒙德两位前线指挥官紧急召到东京商讨对策，决定全线向平壤、元山一线撤退。然而，要逃走，也不是易事。志愿军第113师已死死地卡住了三所里和龙源里美第9军南撤仅有的两条通道。尽管美军的空军终日轰炸和扫射，美第9军也以上百辆坦克和数十门大炮进行轰击，南面又有美骑兵第1师主力和英第29旅的向北增援，可就是突不破第113师的阻击。而此时的第113师只上来两个步兵团（另外1个团在德川打扫战场），携带的只有步兵轻武器，对付美