1950年11月上旬，志愿军第一次战役结束后各部开始后撤，沿途有意遗弃部分破旧武器和物资。这种诱敌行动，使美国军政首脑大都认为中国出兵是象征性的。为占领全朝鲜，“联合国军”将第一线的兵力增加至20余万人（其中美军7个师、南朝鲜军6个师、英军2个旅、土耳其1个旅），并有1100架作战飞机和900辆坦克支援，伺机向北进攻。

为加强前线的力量，中共中央军委将原为预备队的第9兵团于11月中旬调赴东线作战。这样，志愿军入朝部队总数已达45万人，其中作战部队38万人，后勤部队由入朝时的7000人增加至6万人。

11月24日，“联合国军”统帅麦克阿瑟宣布开始发动旨在圣诞节前结束朝鲜战争的“总攻势”，同日敌军分头沿路向北推进。这时，西线美第8集团军和东线美第10军之间留下一个数十里的缺口，西线美军右翼又是刚受过打击的南朝鲜军第2军（辖第7、第8师，不足2万人）。因此志愿军总部决定利用这个早已选好的薄弱点，向西线敌人的右翼德川发动攻击。

25日夜，西线志愿军6个军同时发起进攻。因敌人兵力火力密集，不易分割，一时形成对峙。向敌右翼迂回的第38、第42军利用敌军的接合部疏于守备，各穿插部队一夜之间就顺利地将南朝鲜第2军分割。随后，志愿军总部命令第38军和第42军向西线进行双层迂回。第38军进行内层迂回，插向价川、三所里，包抄美第9军后方。第42军进行外层迂回，插向顺川、肃川，准备将美第8集团军主力合围于平壤以北。

27日晚，第38军第113师轻装沿山间小路全速前进，为迷惑敌人索性去掉伪装整队前进，使敌机误以为是南朝鲜军。28日8时，该师14小时前进72．5公里，插到了平壤至价川公路的交叉点三所里，使清川江北的敌军三面被包围。

29日上午，清川江以北的敌人开始全线撤退。为了打开美第9军的退路，美第2师由北向南，美骑1师则由平壤北上，南北对攻三所里。当时，第38军被夹在三所里、龙源里一线，南北之敌相距不足1公里。经英勇奋战，志愿军指战员终于顶住了南北两面的敌人。第38军迂回三所里的成功，对于第二次战役的胜利起了关键作用。与此同时，担任外层迂回任务的第42军也插到顺川以东的新仓里，对于整个西线敌军侧后构成严重威胁。此时美第9军见在三所里突围无望，遂丢弃2000余辆汽车和坦克，掉头向西会合美第1军，沿海边公路南逃，其部分掩护部队被志愿军消灭，美军共有3000余人被俘。

西线敌军主力依仗快速机动能力逃脱了合围，随后又于12月4日下令放弃平壤，一直向三八线以南退却。志愿军总部见以徒步追击无效，只以3个师跟随南进收复平壤，主力转入休整。

西线展开激战的同时，东线以高寒的长津湖畔山区为中心，志愿军对美军展开一场围歼战。11月中旬，美国海军陆战第1师和美第7师一部沿着咸兴——江界公路，向北推进至长津湖一带。11月27日晚，隐蔽进入长津湖东西两侧的我第9兵团突然以8个师发起攻击。经过一夜战斗，把一条长蛇似的美军割成五段。敌遭志愿军分割包围后，立即以200余辆坦克在三个主要被围点构成环形防御，并通过临时机场运走伤兵和运来弹药、御寒装备。由于志愿军主要依靠步兵火力攻坚，虽然在夜间再一次突入敌阵地，可是天亮前却总是无法解决战斗，为防敌空袭只好一次次撤出。

30日，志愿军第27军集中2个师的兵力和全军炮兵，攻击新兴里的美第7师第32团和第31团的一个营，从而在火力上略占优势。当天因风雪交加气候恶劣，敌空军难于支援，志愿军突破外层防御后又以设伏方式基本歼灭了突围之敌。这一仗，是抗美援朝战争史上志愿军成团建制歼灭美军的唯一战例。

长津湖附近的其余被围美军慑于被歼，从12月1日起在大量飞机支援下，以集群坦克为先导，沿着唯一的山间公路在白天节节向南冲击。这时，志愿军第9兵团部队弹药大都耗尽，粮食供应达不到最低需求的一半。气温又已降至零下40度，部队在饥寒交迫中大量冻伤减员，难以阻止敌人突围。美陆战第1师和第7师一部在被围15天后，侥幸逃出了包围。东线美10军全部撤入咸兴一兴南港后，在海军舰炮和航空兵火力的环形火网的掩护下，至24日全部从海上撤走。至此，第二次战役结束。

第二次战役以将敌赶到三八线以南而胜利结束，战役共歼敌3．6万人，其中美军2．4万人。美军10天内即败退了300公里以上，美国国务卿艾奇逊称此为“美国历史上路程最长的退却”。在这次战役中，志愿军除了战略指导正确和战役部署巧妙外，在战术上也最充分地发挥出国内战争中形成的机动灵活、善于夜战和接近敌人后即分割穿插的传统战法，出奇致胜，取得收复北朝鲜的战略性胜利。