在中國人民志願軍和朝鮮人民軍的沉重打擊之下，以美國為首的“聯合國軍”和南朝鮮軍發動的“聖誕節結束朝鮮戰爭的總攻勢”徹底破產，變成了聖涎節向“三八線”以南的總崩潰、總退卻。這種情況的發生，太出乎美國朝野的意料了，因而立刻陷於一片混亂之中。美國輿論界驚呼這次失敗是“美國陸軍史上最大的敗績”，是一場“噩夢”。美國統治集團內部在失敗的責任問題上互相攻訐，矛盾更加尖銳。有的人指責道格拉斯·麥克阿瑟判斷錯誤，指揮笨拙，要求把他的“聯合國軍”總司令的職務撤掉；有的人認為應該歸咎於政府的政策，要求撤掉國務卿迪安·艾奇遜的職務，“徹底打掃國務院”，甚至建議國會對總統哈里·杜魯門實行彈劾。美國前總統赫伯特·胡佛更十分沮喪地斷定：“聯合國在朝鮮被共產黨中國打敗了。現在世界上沒有任何軍隊足以擊退中國人。”英、法等國對朝鮮戰局更加憂慮，深怕把力量陷在朝鮮而削弱其在歐洲的勢力。
美國政府在這種極為難堪的情況下，連忙召開國家安全委員會會議、內閣會議，以及國務卿、國防部長和參謀長聯席會議主席“三巨頭”會議，並立即派遣要員同前線統帥磋商，以尋求擺脫危機、挽回敗局的出路。他們經過一系列的會議和磋商之後，同意麥克阿瑟關於朝鮮戰爭現在已是“在完全新的情況下，和一個具有強大軍事力量的、完全新的強國進行一次完全新的戰爭”的觀點，承認朝鮮形勢的發展使美國“面臨一場嚴重的危機”，“我們可能要節節敗退，就像我們前次所遭受的失敗一樣”，但仍然決意堅持其侵朝政策，聲稱“聯合國的部隊不打算放棄他們在朝鮮的使命”。其具體措施是，一方面在政治上操縱聯合國大會通過成立所謂“朝鮮停戰三人委員會”的決議，打出“先停火，後談判”的幌子，企圖爭取喘息時間，準備再戰；另一方面在軍事上加緊擴軍備戰，宣布“全國進入緊急狀態”，要求美國人民為侵朝戰爭做出“任何必要的犧牲”。設立國防動員局，擴大徵兵計劃，要把美國軍隊由250萬人增加到350萬人，要在一年之內把飛機、坦克的生產能力分別提高5倍和4倍以上。接著，於1950年12月23日，命令剛剛接任敗退中因車禍身亡的美第8集團軍司令沃爾頓·沃克職務的馬修·李奇微（原任美國陸軍副參謀長）組織“聯合國軍”和南朝鮮13個師另3個旅，約20餘萬人的兵力，加築“三八線”上原有陣地，建立縱深防線和整頓軍隊，準備抗擊志願軍和人民軍新的進攻。
李奇微上任後，看到他接管的竟是一支張惶失措的軍隊，便“放棄了立即轉入進攻的打算”，不得不把“聯合國軍”和南朝鮮軍的防線從縱深加大到北緯37度線，把南朝鮮軍放在第一線，美英軍放到第二線以後。同時向部隊交代，如果一旦被迫放棄陣地時，就有秩序地按照調整線實施後撤。
中共中央軍委、毛澤東主席早在“聯合國軍”和南朝鮮軍開始向平壤和向“三八線”潰退的時候，就對戰爭的發展趨勢進行了深入的分析，並對應當採取的方針進行了充分的考慮。中央軍委、毛澤東認為，雖然取得了兩次戰役的重大勝利，扭轉了朝鮮戰局，但尚未大量地殲滅敵人的有生力量，要贏得這場戰爭還必須作出很大的努力。當得知“聯合國軍”和南朝鮮軍退守“三八線”，美國當局玩弄“先停火、後談判”的緩兵之策時，毛澤東致電彭德懷司令員，要求志願軍必須克服和忍受一切困難，協同人民軍打過“三八線”去。他指出，目前美、英等國正要求志願軍停止於“三八線”以北，以利其整軍再戰。因此，志願軍必須越過“三八線”。如到“三八線”以北即停止，將給我們政治上以很大的不利。他還指示志願軍：此次南進，希望在開城南北地區，即離漢城不遠的一帶地區尋殲幾部分敵人，然後看情形，如果敵人以很大力量固守漢城，則志願軍主力退至開城及其以北地區休整，準備攻擊漢城條件；如果敵人放棄漢城，則在平壤、漢城間休整一個時期，然後再戰。
志願軍由於連續進行了兩次戰役，部隊已相當疲勞，後勤補給也更加困難。彭德懷接到毛澤東的電報後，結合著部隊當時的情況，對戰爭形勢表示了自己的看法：朝鮮戰爭仍然是相當長期的、艱苦的。敵人由進攻轉入防禦，戰線縮短，兵力集中，正面狹小，自然加強了縱深，對聯合兵種作戰有利。敵軍士氣，雖然較前低落，但還有26萬左右的兵力。政治上，敵馬上放棄朝鮮，對於帝國主義陣營說來是很不利的，英、法兩國也不要求美國這樣做。敵如再吃一、二個敗仗，再被消滅二、三個師，可能退守幾個橋頭陣地（釜山、仁川、群山），也不會馬上全部撤出朝鮮。所以，志願軍目前仍應採取穩進。
毛澤東同意彭德懷的意見，認為彭德懷對敵情的估計是正確的，必須作長期打算，速勝的觀點是有害的。但此時越過“三八線”再打一仗，然後進行休整是必要的。不過在戰役發起前，只要有可能，即應休息幾天，恢復疲勞，然後投入戰鬥。因為主動權掌握在志願軍和人民軍手裡，可以從容不迫地作戰，不使部隊過於疲勞。毛主席又於12月24、26兩日，就戰役的部署問題再次電告彭德懷。
遵照毛澤東的指示，彭德懷下定決心發起第三次戰役，集中志願軍6個軍（第9兵團因凍傷減員較大，留在元山、咸興地區休整），並建議人民軍新到前線的3個軍團同時實施進攻，粉碎敵人在“三八線”的防禦，如發展順利，即相機佔領漢城、洪川、江陵一線，爾後轉入休整，準備春季攻勢。同時根據“聯合國軍”和南朝鮮軍的防禦是把南朝鮮軍作為第一梯隊，把美英軍作為第二梯隊的梯次部署，以及“三八線”附近東部為山區、西部多為沖積平原和丘陵的地形特點，定下了具體作戰部署：志願軍第38、第39、第40、第50軍並加強6個砲兵團組成右縱隊，由志願軍副司令員韓先楚指揮，於高浪浦里至永川地段正面實施多路突破，並分別從兩翼向七峰山、仙岩里迂迴，斷敵退路，首先集中兵力殲滅漣川以南的南朝鮮第6師，再殲汶山地區的南朝鮮第1師，得手後向議政府方向發展勝利；志願軍第42、第66軍並加強1個砲兵團組成左縱隊，由第42軍軍長吳瑞林、政治委員周彪指揮，在永平至馬坪里地段上突破，首先集中主力於永平至龍沼洞地段殲滅南朝鮮第2師1至2個團，得手後向加平、清平里方向擴大戰果，切斷漢城、春川間交通，另以1個師由華川渡北漢江向春川以北的南朝鮮第5師積極佯攻，策應人民軍第2、第5軍團南進。建議人民軍第1軍團主力於東場里以東地區向汶山方向佯攻，配合志願軍右縱隊殲滅南朝鮮第1師；人民軍第2、第5軍團由楊口、麟蹄間突破，向洪川方向攻進，配合志願軍左縱隊圍殲南朝鮮第7師。
為勝利完成這次戰役任務和迎接爾後更加艱鉅的鬥爭，志願軍和人民軍加緊進行了準備工作。從國內增加赴朝作戰兵力和鐵道兵、工兵；經與朝鮮政府商定，志願軍就地籌借到3萬噸糧食以應急需；在中國東北、華北、中南各省市發動群眾為志願軍製作炒麵。周恩來總理還親自到北京的一些機關視察製作炒麵的情況，並同群眾一起製作炒麵。 12月下旬，一批炒麵運到前線，志願軍戰士們得知炒麵是祖國人民日夜趕製的，都非常感動。中朝人民軍隊各部到達指定位置後即展開臨戰訓練、偵察和準備強渡江河的器材，等等。
為了達成戰役的突然性，還決定把發起戰役的時間定在1950年除夕。 12月31日17時，志願軍和人民軍按照預定計劃，經過短促的砲火準備之後，在全線發起進攻。當時，“三八線”附近突然寒風呼嘯，大雪紛飛，氣溫驟降到零下20攝氏度。志願軍和人民軍在跨過臨津江、漢灘川、永平川和攀越海拔600至1000米的道城峴、峨洋岩、國望峰、華嶽山、高秀嶺等障礙時遇到了很大困難。
志願軍右縱隊第40、第39、第38軍各擔任突破任務的部隊，冒著敵人的砲火，頂著凜冽的寒風，奮勇徒涉冰冷刺骨的臨津江、漢灘川。經過1個多小時的戰鬥，先後突破了南朝鮮軍的前沿陣地，爾後迅速向萁防禦縱深發展進攻。第39軍從商朝鮮第6師與第1師的接合部突破後，軍主力於1951年1月1日拂曉前佔領了汶山東北的大村、武建裡，前進了10公里，並策應了第50軍渡過臨津江。該軍第117師向敵縱深猛插，於1日拂曉到達指定位置東豆川里以南的仙岩里，前進了15公里，並截殲南朝鮮第6師600餘人。從南朝鮮軍右翼突擊的第39軍越過漢濰川後，軍主力向抱川方向攻進，1日晨佔領抱川及其西側的新邑裡。該軍擔任穿插迂迴任務的第114師於1日中午進到指定位置七峰山後，發現七峰山西側風陽里有南朝鮮第6師1000餘人正在南逃，立即展開阻擊，殲其400餘人。從南朝鮮第6師正面突擊的第40軍突過臨津江和漢灘川後，其前峰第119師佔領了東豆川里東山。當晚，志願軍右縱隊繼續發展進攻，人民軍第1軍團也渡過了臨津江向坡川里前進。到2日晚，志願軍右縱隊和人民軍第1軍團進到坡川里、議政府東北至抱川以南一線，已突入南朝鮮軍防禦縱深15至20公里。
志願軍左縱隊第42軍涉過永平川，一舉突破南朝鮮軍第2師道城峴、峨洋岩陣地。該軍第124師不顧山高雪深，不怕敵機威脅，繼續猛攻，沿途打破敵人10次阻擊，於1月1日12時前出到濟寧里以南的石長裡，切斷了南朝鮮第2師的退路，2日協同第66軍主力將上南淙、下南淙地區之敵殲滅，圓滿完成了斷敵退路、圍殲敵人的任務；該軍主力在突擊中於加平以北花峴裡、中板裡、赤木基地區殲滅南朝鮮第2師1個多營，然後向加平方向發展進攻，2日10時佔領加平。第66軍主力踩著兩尺多深的積雪，克服敵人設置約雷區和鐵絲網、鹿砦等障礙，突破了國望峰、華嶽山、高秀嶺等陣地。隨後向敵防禦縱深猛突，在第42軍第124師協同下於上紅磧裡、下紅磧裡、上南淙、下南淙等地殲滅南朝鮮第2師第31、第32團和南朝鮮第5師第36團大部以及南朝鮮軍砲兵1個營，共斃傷俘3200餘人，繳獲各種火砲60餘門、各種槍1500餘支（挺），勝利地完成了預定任務。為此，志願軍領導機關致電祝賀第66軍取得的重大勝利，並給予通報表揚。該軍第196師第587團班長張續計，獨自連續奪取5個地堡，為部隊開闢了通路，榮立特等功。第586團第4連擔任突破華嶽山的尖刀連，經5小時激戰，攻占華嶽山主峰，獲“首破三八線英雄連”錦旗一面。人民軍第2、第5軍團各師突破南朝鮮軍陣地後，分別向洪川、橫城、原州方向前進，迫使南朝鮮第3師倉惶南逃。
至此，敵並不像李奇微所想像的有秩序地南撤，而是南朝鮮軍在“三八線”附近組織防禦的部隊爭相南逃，以致整個防線迅速土崩瓦解，李奇微在他的回憶錄中對這次潰敗作了這樣的追述：“元旦上午，我驅車從北面出了漢城，結果見到了一幅令人沮喪的景象。南朝鮮士兵乘坐一輛輛卡車，正川流不息地向南湧去。他們沒有秩序，沒有武器，沒有領導，完全是在全面敗退。有些士兵是依靠步行或者乘著各種徵用的車輛逃到這裡來的。他們只有一個念頭——逃得離中國軍隊愈遠愈好。”
1月3日，李奇微看到大勢已去，擔心志願軍會實施深遠包圍，使其聚集在漢城附近的10多萬部隊和全部重裝備處於絕境，即令除以一部兵力在漢城以北高陽、道峰山、水落山一線進行掩護外，其餘部隊向北緯37度線迅速南撤。他還親自趕到漢江大橋橋頭指揮了這場撤退。
彭德懷鑑於“聯合國軍”和南朝鮮軍已無意組織抵抗，逃跑甚快，有可能放棄漢城，退守漢江南岸灘頭陣地，隨即決定乘勝展開追擊，擴大戰果，命令志願軍右縱隊協同人民軍第1軍團相機佔領漢城、仁川、水原、楊平；志願軍左縱隊協同人民軍第2、第5團乘勢佔領洪川、橫城、襄陽、江陵。同時命令各部隊在佔領上述各點之後，即停止前進，準備休整補充。
1月3日晚，志願軍和人民軍轉入追擊作戰。志願軍第50軍一部在高陽以北碧蹄裡擊退美第25師約1個營的抵抗之後，進至高陽以南佛彌地截斷了英第29旅的退路。經1夜激戰，全殲這個旅的皇家奧斯特來复槍團第1營及第8騎兵（坦克）團直屬中隊。繳獲和擊毀坦克31輛、裝甲車和汽車24輛。第39軍先頭部隊於迴龍寺與美第24師第21團遭遇，殲其一部，之後又在議政府以西釜谷裡殲滅英第29旅兩個連。第38、第40軍追擊至議政府東南水落山地區，擊潰美第24師1個團。志願軍左縱隊由加平、春川渡過北漢江，向洪川方向發展。人民軍第2、第5軍團繼續向洪川、橫城方向攻進，截殲南逃之敵。
4日中午至22時，志願軍第39、第50軍各1個師和人民軍第1軍團先後進入漢城。
5日，為了不使聯合國軍，和南朝鮮軍據守漢江南岸，控制金浦機場和仁川港口，對漢城構成威脅和妨礙下一步作戰，志願軍右縱隊第38、第39、第40軍在漢城東北和議政府東西地區待命，第50軍和人民軍第1軍團（留1個師守衛漢城）繼續向南追擊。志願軍第50軍在果川、軍浦場殲敵一部，7日進占水原、金良場裡。人民軍第1軍團5日占領金浦，8日占領仁川港。志願軍左縱隊也繼續向南追擊，6日占領龍頭里、砥平里；到8日，又先後佔領楊平、梨浦裡、驪州、利川。人民軍第2、第5軍團於6日占領橫城，8日占領原州。
至此，志願軍和人民軍已將“聯合國軍”和南朝鮮軍驅逐到北緯37度線附近的平澤、安城、堤川、三陟一線。第三次戰役結束。
這次戰役，志願軍和人民軍齊心協力，並肩作戰，經過連續7晝夜的艱苦奮戰，以每小時前進1公里的進攻速度前進了80至110公里，斃傷俘敵1.9萬餘人佔領了漢城，粉碎了“聯合國軍”和南朝鮮軍據守“三八線”，整頓軍隊，準備再犯的企圖。