1951年1月上旬，第三次战役胜利后，中朝军队转入休整。可是，这时的形势已有了重大变化。第一线中朝军队虽然有28万人（其中志愿军21万人），但十分疲劳。中共中央军委虽然调动第19兵团和西南军区的3个军作为志愿军战略预备队，却还在长途调运之中，粮弹运输也更为困难。这时敌军第一线作战部队已达到23万人（美军7个师、南朝鲜军8个师、英军2个旅），兵力集中，战术也有了改变，其装备上的长处已能得到更加有利的发挥。

从1月25日开始，志愿军第50军和第38军一部在汉江以南进行了20余天的阵地防御战，以阻击向汉城进攻的美军第1军。这次防御战，是抗美援朝战争中第一次大规模的防御作战。经14天节节阻击和反复争夺，敌军只前进了18公里，并付出1万余人伤亡的代价。2月10日，美军进占已被人民军主动放弃的仁川，但是汉江以南的主要阵地仍在志愿军坚守之下。后因汉江已开始解冻，为避免背水作战，汉江以南的志愿军才于18日前撤回。

双方在汉江南岸激战时，东线南朝鲜军的3个师和美第2师一部已进至横城以北，态势突出。2月11日晚，中朝军队6个军以迂回穿插战术，向该敌发起攻击。由于在夜间利用了敌人的空隙大胆深入，战斗进行得十分顺利。在两天一夜的战斗中，共俘虏南朝鲜军7500人，美军500人。

横城反击战获胜后，志愿军于13日乘胜向横城以西的砥平里发起攻击。参战部队有分别隶属于3个军的6个团共1万多人。当时由于胜利产生了轻敌思想，匆忙以野战进攻方式向已经构筑了坚固工事之敌发起攻击。砥平里守敌有6000余人，已设置了铁丝网和地雷区，还有20辆坦克。志愿军攻击部队只有3个炮兵连共十几门火炮，在进攻中对敌火力不能压制，坦克不能摧毁，障碍区也未能突破。经二天二夜激战，仍然僵持不下。这时敌援兵已到，志愿军不仅弹药大都耗尽，各部也缺粮严重，遂于16日开始北撤。

砥平里战斗规模并不大，却暴露了志愿军的主要弱点。美国军方认清了志愿军火力薄弱和供应困难，开始大胆进攻。因志愿军战略预备队从国内到达尚需两个月左右，17日彭德怀决定全线转入运动防御，准备争取两个月时间，以集结兵力，改善交通运输，囤积作战物质，待引敌深入，置汉江于敌背后，再行反击。

3月7日，联合国军和南朝鲜军在西线发动大规模攻势。中朝军队第一线8个军（其中人民军4个军团）组织了运动防御。这时，志愿军前线部队的困难局面超过入朝以来任何时期。因弹药不足和炮损严重，炮兵部队大多先撤往三八线以北休整。在战斗人员减少过半的情况下，前线部队仍顽强奋战，并以较小的代价迟滞敌人的进攻。

14日，人民军第1军团根据预定计划主动放弃汉城。随后，中朝第一线部队8个军转入第二线休整，第二梯队的3个军又1个师接替了第一线运动防御的任务。各部经顽强阻击，至4月中旬基本撤至三八线以北，敌军因发现中国国内大量新锐部队到达，也停止进攻。

第四次战役历时87天，敌军虽向北发起猛烈进攻，却只前进了100余公里。中朝军队保全实力并撤至三八线以北，所进行的机动防御以空间换取了时间，为进行下一次反击创造了必要的条件。此役共歼敌7．8万人，中朝部队战斗损失共5．3万人。