1951年1月底，以美國為首的“聯合國軍”在朝鮮戰場上恢復了攻勢，3月下旬，在付出重大代價之後，將戰線推進到“三八線”附近地區。這時，美國同英、法等侵朝參戰國之間及美國統治集團內部，對“聯合國軍”是否再次越過“三八線”和用什麼方式結束朝鮮戰爭，再次發生分歧。
英、法等國害怕再遭受更大的損失，畏懼長期捲入侵朝戰爭而削弱西歐力量，失去對蘇戰略力量平衡，影響歐洲的穩定。認為“聯合國軍”重新回到“三八線”正是結束朝鮮戰爭的“心理時機”，主張在“三八線”建立“事實上的停火”，以謀求通過談判結束這場戰爭。 “聯合國軍”總司令麥克阿瑟等則堅持以軍事手段解決朝鮮問題，直至建立美國控制下的“統一的朝鮮”為止，甚至不惜為此將侵略戰爭擴大到中國。而美國政府和國會的政治首腦們認為，中國人民志願軍入朝參戰，使朝鮮戰爭形勢發生了根本變化，美國已不可能以武力統一朝鮮，戰爭趨於長期。不僅如此，曠日持久的朝鮮戰爭，必將削弱美國在歐洲的地位，影響美國實現“歐洲第一、亞洲第二”爭霸全球的戰略部署。他們痛苦地“回顧1950年12月那些黑暗的日子”，心有餘悸地懼怕“中國人在滿洲地區集結的……比聯合國軍……多得多的後備部隊還沒有投入戰鬥”；擔心曠日持久的戰爭，美國盟友在侵朝時的熱情和“決心正在消失”；憂慮從來就不熱心朝鮮戰爭的“美國公民正在日益清醒”，因此，“對美國來說，只靠軍事行動是不能圓滿解決朝鮮問題的”。經過與英、法等國磋商，決定在不擴大戰爭範圍的前提下，穩步向朝鮮北部推進，待佔領有利地區後，即以“實力政策”為基礎，或與中朝進行外交談判，或繼續其軍事行動，以保持美國在亞洲的地位。
侵朝敵軍根據美國政府的這一政策，於4月初再次越過“三八線”，併計劃以側後登陸配合正面進攻，將戰線推進到北緯39度線及其以北地區，“在朝鮮半島蜂腰部（即元山至平壤一線）建立新防線”。敵人認為這條線正面狹窄（170公里），地形有利，又是朝鮮北部腹地，軍事上進可攻，退可守，政治上可取得談判的有利地位。
3月20日，美國參謀長聯席會議將美國政府對侵朝戰爭方針及杜魯門即將發表的政策聲明電告麥克阿瑟。聲明宣稱“準備討論解決朝鮮問題的條件”，“在大軍向三八線以北挺進以前，應進一步作外交上的努力，以便取得和解”。但是，“在未達成令人滿意的結束戰鬥的部署以前，聯合國的軍事行動必須繼續下去”。杜魯門的聲明還未發表，3月24日，麥克阿瑟不顧杜魯門的指令搶先在東京發表了一個聲明，大肆叫囂擴大戰爭，以此來影響美國政府的亞洲政策和對中國人民進行新的軍事恫嚇。麥克阿瑟的聲明沒有嚇倒中國人民，卻引起了美國統治集團和侵朝參戰國內部的混亂。杜魯門認為：麥克阿瑟的聲明是對“總統和最高統帥而發布的命令的公然違抗”，是對“總統權力的挑戰，也是對聯合國政策的藐視”。英、法等國則要求美國予以澄清，甚至提出抗議。在這種情況下，杜魯門於4月11日撤銷了麥克阿瑟的一切職務，任命馬修·李奇微為美遠東軍總司令和“聯合國軍”總司令，由詹姆斯·範佛里特擔任美第8集團軍總司令。
4月初，“聯合國軍”越過“三八線”，瘋狂向北進攻，同時對我後方進行空前猛烈的轟炸，敵海軍也加強了對我東海岸諸港和沿海島嶼的砲擊、偵察活動。中旬，敵人發現志願軍戰略預備隊集結，判斷中朝部隊可能於4月下旬或5月初發動攻勢後，除西線在鐵原，金城地區保持進攻外，中部和東部戰線暫時轉入防禦，並加緊了進行側後登陸作戰的準備。
這時，“聯合國軍”地面作戰部隊為6個軍17個師又3個旅1個團，共34萬餘人。其第一線兵力為12個師又2個旅；第二線及後方兵力有5個師又1個旅、1個團，分別置於春川，水原、原州、大田地區。美國民警衛第40、45師已由美國本土調往日本，與原在日本的美第34團組成第16軍，準備使用於朝鮮戰場。其一線部署：美第1軍位於臨津江兩岸及漣川東西地區；美第9軍位於漣川以東至華川地區，美第10軍、南朝鮮第3、第1軍團分別位於楊口、元通裡、桿城地區。
橫城反擊戰勝利之後，我軍為集結兵力準備新的反擊戰役，持續進行了兩個多月的異常艱苦的防禦作戰。這一行動是根據毛澤東主席3月1日在對朝鮮戰爭形勢的精闢分析的基礎上實行的。毛主席指出：根據一、二月份的作戰經驗，我因有3個軍在咸興以北戰役中損傷較大，從事休整，致前線作戰的只有6個軍，減員甚大，未獲補充。因之我無後備力量，在戰役勝利時不能擴張戰果，在敵人增援時不能打敵援兵。同時，我軍南進，後方線長，供應很困難，還該留守備。故在敵人未被大量消滅及我尚無空軍掩護條件下，我如過早追敵南退，反不利我分割殲敵。鑑於此種情況，在我第二番部隊於4月上旬到達前線以前，在敵之陸軍還較我佔優勢的情況下，我應避免進行戰役性出擊。毛主席提出：如敵逼我應戰，就讓敵人進至“三八線”南北地區，在我第二番志願部隊9個軍到齊後再進行有力的新的戰役。 4月初，我志願軍第二番部隊由國內及朝鮮北部咸興地區開始向前線集結，爭取在新的反擊戰役中能有志願軍9至11個軍及砲兵7至8個師，坦克3至5個團約55至60萬人和人民軍2至3個軍團參戰。與此同時，我後勤部隊亦增至18萬人，後勤保障工作雖作出很大努力，但敵人空中突擊更加瘋狂，因此，供應情況尚未好轉，只能保障最低限度的供應，不能滿足作戰需要。
4月初，敵軍未在“三八線”上停止，繼續北犯。 4月6日，中共志願軍委員會召開第五次擴大會議，著重研究和決定舉行第五次戰役問題。會上，彭德懷司令員傳達了中共中央和毛澤東主席關於“戰爭準備長期，盡量爭取短期”的戰爭指導方針，並且指出：目前抗美援朝戰爭仍處於艱苦緊張階段。為消滅“聯合國軍”幾個師，粉碎其側後登陸計劃，奪回主動權，會議決定趁敵軍實施登陸之前，進入“三八線”南北地區立足未穩之機，實施新的戰役反擊。在戰役指導上，彭德懷司令員提出；根據敵人戰役布勢上只有戰術縱深，其主要兵力來自橫方向的特點，採取戰役分割包圍與戰術分割包圍相結合的方針，以第40軍從金化至加平線劈開戰役缺口，協同第39軍及人民軍第3、5軍團東西割裂，不使敵東西增援。集中第9、第19、第3兵團分別從東西兩翼迂迴，結合正面突擊，將敵人幾個師分割包圍於德川、永平、議政府、抱川地區，各個殲滅之。置第38、42、47軍及人民軍第21、第6軍團於肅川、元山、平壤地區，以對付敵側後登陸。
4月中旬，敵人發現我軍戰略預備隊集結後，積極鞏固陣地，準備抗擊我軍進攻。為避免敵人進行永久築城，使陣地鞏固，利用裝備優勢消耗我軍之後再進，志願軍遂決定提早發起進攻。
4月22日黃昏，中朝軍隊各突擊集團按預定計劃向敵人發起全線反擊。左翼突擊集團由宋時輪、陶勇指揮的第9兵團3個軍及第39、第40軍一舉突破“聯合國軍”防線，當面之敵在我軍猛烈突擊下，逐步後撤。我軍乘機多路猛進，發展順利。 23日夜進占上海蜂、白雲山地區，殲滅美第24師和南朝鮮第6師各一部，完成了第一步任務。 25日占領清溪山、中板里地區。 “聯合國軍”右翼受到威脅。擔任戰役割裂任務的第40軍以勇猛的反擊，打退南朝鮮第6師的進攻，乘勝直搗敵師主陣地，打亂了該敵部署，殲敵一部，繳獲坦克12輛，汽車50餘輛。爾後，分兩路直插敵縱深。第118師第354團第3營由團參謀長劉玉珠帶領，沿途打破敵5次阻攔，23日午即前進30餘公里，提前插到加平東北沐洞裡。此時，英第28旅、美騎兵第1師1個團和加拿大第25旅2個營正向加平西北機動，增援加平英第27旅。志願軍第354團第3營為了全局勝利，頑強地同數倍之敵展開激戰，阻止了敵人的西援。 24日凌晨第40軍主力進至加平附近，25日又打退敵多次反撲。共殲敵2200餘人，繳獲汽車230輛，火砲60餘門，勝利完成了戰役割裂任務。第39軍前出到華川以南，將美陸1師隔於北漢江以東不得西援。
擔任中央突擊的第3兵團，由王近山、杜義德指揮突破敵前沿後，受到美第3師、土耳其旅的抵抗。 23日始將士耳其旅擊潰，突破了美第3師防線。 24日，將美第3師第35團包圍在灰洞、粟隅地區。該敵在大量航空兵、坦克、砲兵掩護下突圍南逃。 25日，第44師第131團在大田裡將美第3師1個營包圍，經40分鐘戰鬥，全殲敵2個連。之後，該兵團在哨城裡，永平地區與敵對峙進展緩慢。
右翼突擊集團由楊得志、李志民指揮的第19兵團和人民軍第1軍團，在掃清了臨津江西岸之敵後，第一梯隊師於23日凌晨冒著敵人的砲火，勇猛地衝過百米寬、齊腰深的臨津江。第63軍第188師迅速佔領了英第29旅第一線陣地，與敵展開反复爭奪，戰鬥十分激烈。該師第564團第7連兩個班在一個小高地上與英軍爭奪中，打得只剩戰士陳三1人。他以大無畏的孤膽作戰精神，使用輕機槍、衝鋒槍等5件武器，連續打退敵200餘人的三次沖擊，斃傷敵80餘人，守住了陣地。第187師第561團以無堅不摧的戰鬥精神穿山過嶺，粉碎敵人多次阻擊，搶占了江南要點紺嶽山，割裂了英第29旅與美第3師的聯繫。爾後該團繼續向磨叉山英第29旅主陣地進攻。擔任戰役迂迴任務的第64軍，突破臨津江後，由於砲兵被隔在臨津江以北，未組織有效的砲火支援，在江南岸進攻受阻。此時第19兵團二梯隊第65軍兩個師也渡過臨津江，致使5個師的兵力大部擁擠在江南20平方公里的狹小地區內，遭敵砲兵、航空兵火力突擊，傷亡較大，影響了向議政府實施戰役迂迴和殲滅英第29旅任務的按時完成。此間，由第64軍第190師偵察支隊和第569團第3營組成的先遺支隊，經20個小時連續作戰，突破敵7次阻攔，俘敵100餘人，於24日下午突入敵縱深25公里，勝利地佔領了議政府西南的道峰山。這個先遣支隊在道峰山堅守3天4夜，像一把尖刀插入敵人胸膛，威脅著敵人的左翼。 25日，第19兵團調整部署後，於18時向當面之敵發起猛攻。經過激烈戰鬥，攻占了南朝鮮第1師和英第29旅主陣地，勇猛地向議政府方向突擊。在追擊中殲滅了南朝鮮第1師一部和英第29旅格特斯特第1營及坦克團大部共4000餘人。在追殲英第29旅戰鬥中，第561團第2連戰士劉光子發現山溝裡擠了不少敵人，隻身繞到敵後，突然用衝鋒槍向敵掃射，又擲出一枚手雷，趁硝煙衝入敵群，大吼一聲“繳槍不殺”。敵人被突如其來的槍聲、喊聲所威懾，繳械投降。劉光子一人俘虜63個英國兵，榮立一等功。第63軍189師在土橋場包圍美第3師2000餘人，僅用一個營斷敵退路，使敵在20餘架飛機支援下，以80餘輛坦克為先導突圍南逃。
西線“聯合國軍”在中朝人民軍隊的連續突擊下，兩翼受到威脅，且戰且退，並在要點上頑強抵抗，以優勢砲兵和航空兵火力遲滯志願軍和人民軍的行動。中朝軍隊連續奮戰3晝夜，雖在加平方向上打開了戰役缺口，對敵翼側造成了嚴重威脅，但第64軍未按時完成戰役迂迴，中央集團戰術割裂任務晚了一步，戰役發展形成平推，未殲滅成團師建制的敵軍部隊。
26日，彭德懷司令員就戰役發展和下一步作戰打算向中央軍委和毛澤東主席做了報告，其要點是：（一）此役，我為推遲敵之登陸，避免同時兩面作戰，提前於4月22日開始，各項準備不充分。敵軍兵力部署齊頭靠緊，沒有間隙；戰術上前進時步步為營，後退時節節抗擊；我插入敵縱深必須經嚴重戰鬥，才能打開缺口，故作戰三晝夜沒有達成迂迴議政府、截斷敵人歸路的計劃。估計戰果有限，不足以打破敵之登陸企圖。 （二）朝鮮地勢狹窄，海岸線長，港口多，且敵有強大海、空軍，這些是其登陸便利條件。敵大量援兵到日本，在我後方登陸企圖將更加明顯，下一戰役須準備打敵登陸部隊。我軍在朝作戰，如不能大量殲滅敵之登陸部隊，則其登陸野心始終不會放棄；同時，朝鮮地勢狹窄，如敵不登陸，兵力集中，亦不易分割。不如利用敵之登陸，隔離其聯繫，反而有利於各個擊破。 （三）如敵很快登陸，我雖有準備，但尚難應付兩面作戰，如能將敵登陸時間推遲一個月至一個半月，我軍即能同時應付兩面作戰。 （四）據上所述，此次作戰，我軍主力不宜南進過遠。擬在打破敵之抵抗後，以一個兵團並建議人民軍兩個軍團相機追至北緯三十七度線為止。如敵扼守漢江及漢城橋頭陣地，我軍以小部隊監視之、襲擊之，使敵預備兵團部分增援正面，推遲其登陸時間，減弱其登陸力量，以便殲滅之。我軍主力則置於“三八線”及其以北地區，準備殲滅敵登陸部隊，或各個打擊正面反攻之敵。
中央軍委同意上述作戰方針和部署，並指出：從此次敵人且戰且退和在此以前沿海襲擾的情況看來，敵人確有誘我軍南下然後在北部登陸的企圖。但敵主力如停在“三八線”及其以北地區，而我只有一個兵團及人民軍向南進逼，估計敵人在未得到大量補充或援兵能使用以前，還會有一個猶豫時間，而仍然與我進行拉鋸戰，企圖消耗我們。此種情況如果出現，對我並無不利。只要我們避免主力消耗，轉而消耗和分散敵人，則推遲敵人登陸和向北進攻，便於我們完成各種準備，倒是合乎理想的。不過目前自應以敵人會很快登陸作準備，免得被動。
依照上述精神，26日西線我軍繼續向敵縱深發展進攻，佔領了敵軍錦屏山至加平的第二線陣地。 28日右翼突擊集團逼近漢城，第19步團佔領漢城西北錦屏山、白雲里地區，人民軍第1軍團在梧琴裡殲南朝鮮第1師1個營的大部。中央和左翼突擊集團佔領了漢江北岸地區要點退溪院裡、金谷里和磨石隅里、清平川。人民軍金（雄）集團以積極行動箝制了東線之敵。敵軍主力撤至漢城及北漢江、昭陽江以南組織防禦。美騎兵第1師西調漢城，並在漢城周圍組成了綿密的火力控制地帶，妄圖誘我攻城，乘機給我以大量殺傷。彭德懷司令員鑑於在漢城以北殲敵戰機已失，但是，經過第一階段作戰，出現了敵軍由西南伸向東北的斜線防禦形勢，而且由勿老里以東至東海岸整個東部戰線由南朝鮮6個師防守，態勢突出有利於我各個殲擊。在這種情況下，彭德懷司令員根據26日的作戰方針和中央軍委的指示精神，為繼續殲滅敵人有生力量，“堅決貫徹多殲滅南朝鮮軍的精神”，以孤立、分散美軍，創造今後消滅美軍的有利戰機，28日即決定停止第一階段的作戰，立即轉兵東線，決心以南朝鮮軍為殲擊目標，集中第9兵團（欠第26軍，附第12軍）及人民軍金（雄）集團（第2、3、5軍團）在勿老里至雪嶽山地段上發動第二階段作戰。遂於29日決定停止進攻，準備新的作戰。為對付敵人可能的登陸，將第40、第26軍北調沙院裡及平康以北地區。至此，第五次戰役第一階段作戰即告結束。這個階段的作戰，殲敵2.3萬餘人，繳獲大量武器裝備，平均前進了48公里，佔領了開城、汶山等許多城鎮和大片地區。
第一階段作戰結束後，第9、第3兵團用稍事整頓補充後即在第39軍掩護下東移。 5月6日，彭德懷司令員經與人民軍協商決定，東線作戰集中第9兵團和人民軍金（雄）集團，取正面突破，兩翼迂迴，雙層包圍，多路鉗擊的戰法，首先殲滅麟蹄東南縣里地區之南朝鮮第5、7、3、9師，爾後視情況繼續殲滅南朝鮮首都師和第11師。以第3兵團（欠第12軍、附第39軍2個師）向九城浦裡突擊，割裂美軍與南朝鮮軍的聯繫，阻擊美第10軍不得西援；西線第19兵團及人民軍第1軍團以漢城為重點，在高陽至加平段寬大正面上實施佯動，箝制西線美軍主力。
5月8日，彭德懷司令員就第二階段作戰指導問題發出指示，指出：實現此次戰役意圖的幾個重要關節，一是第19兵團在牽制方向上要認真地積極地實施佯動，將美軍主力吸引於西線；二是第3、第9兵團切實隱蔽我軍企圖，絕不能事先被敵發現我大軍東移，三是全殲縣里地區3個南朝鮮師的關鍵，在於幾把合圍的鉗子能按時到達預定合鉗的位置，迅速達成兩翼迂迴，多路切斷，層層包圍；四是掌握戰機，及時集中力量殲敵的關鍵在於各部隊特別是執行鉗擊迂迴任務的部隊能否及時報告敵情及自己到達的位置，並主動提出協同殲敵的意見，積極付諸行動。
5月12日晚，西線我軍開始對議政府、漢城、春川地區之敵實施佯動。李奇微被佯動所迷惑，驚呼“漢城面臨第二次危機”，並判斷我軍在中線即將發起攻勢。遂調美第7師，南朝鮮第2師增強中部防線。同時，第3、9兵團於15日相繼隱蔽進入作戰地區，完成了戰役展開。
5月16日18時，我各突擊兵團在短促的砲火準備後，向敵人發起猛烈的突擊，敵軍防線土崩瓦解，南朝鮮第5、7師倉皇潰退，第9兵團之第20、27軍及人民軍第5軍團以摧枯拉朽之勢直插敵縱深。
第20軍第60師前衛第178團第5連，在連長毛張苗帶領下勇猛直追，連續突擊，沿途打跨敵5次阻擊，12個小時內經大小戰鬥13次，殲敵一部，繳獲汽車70餘輛，前進30公里，及時搶占了合圍要點五馬峙，為主力部隊開闢了前進道路。該師主力於17日晨攻占了後坪里、美山里、旺盛谷諸要點，殲敵500餘人，切斷了縣里地區南朝鮮第3、9師南逃退路。人民軍第5軍團也於17日午前佔領了縣里東南之鎮東里、芳台山諸要點，切斷了縣里之敵東南退路，與第20軍對縣里之敵構成了合圍。
第27軍在突破南朝鮮第7師防禦後，第79師和第80師攻殲了於論里之敵，爾後向院巨裡方向進攻。擔任迂迴任務的第81師不惜傷亡，不為小敵所誘，不停息地交互攻擊前進。師長孫端夫親率第242團第2營為先導，沿山溝密林，以每小對十幾里的速度向敵縱深猛插。沿途經大小戰鬥18次，殲敵250餘人，於17日5時突入敵縱深28公里，按時搶占了嚴達洞、砧橋、坊內裡、上南里諸要點，切斷了縣里之敵西南退路。該師主力在第60師的協同下，在上南里地區將南逃之南朝鮮軍第5、第7師擊潰，全殲南朝鮮第7師第8團1、2營，第9師第30團3營，第5師第27團3營和第35團3營，共5個營3000餘人。
擔任戰役迂迴任務的配屬第9兵團的第12軍，突破南朝鮮第5師防禦後，於三巨裡殲滅其第5師一部，繼續在自隱裡北側與美第2師以及法國營（戰前了解自隱里地區為南朝鮮軍）展開激戰。第130團戰士梅永洪、張再雲、吳建德，巧擺地雷陣，並用火箭筒、反坦克手雷擊毀敵7輛坦克。經兩日艱苦的圍殲戰鬥，全殲美第2師第23團兩個營及法國營大部。向深遠縱深沙裡地區迂迴的第31師主力被敵阻隔，只有1個團從敵左翼繞道插入敵人縱深，並於18日拂曉攻占長水院，因而未能達成向東沙裡迂迴的目的。
18日晨，縣里地區南朝鮮軍第3、第9師動搖潰亂，開始向南及東南方向突圍。我第20軍由西向東，人民軍第5軍團由東向西，對敵兩面夾擊，將該敵大部殲滅，繳獲敵人全部重裝備，敵一部潰散於山林。志願軍第20軍與人民軍第5軍團在圍殲作戰中勝利會師，指戰員們格外興奮和喜悅，熱烈擁抱握手，互致問候，互祝勝利。然後分數路共同進山搜剿殘敵。至21日，在搜剿中又俘敵1000餘人。為繼續殲滅南逃之敵，第12軍、第27軍、人民軍第5軍團一部於20日前進到豐岩里、下珍富裡、東沙裡一線。但因戰役退路未被我按時切斷，致使潰逃之敵未能被堵擊包圍全殲，造成潰退之第5、第7師殘部尚能在九城浦裡、豐岩里以南地區布防；南朝鮮首都師、第11師有計劃地撤至江陵地區布防。加之美第3師於20日迅速增援，先後進到豐岩里、下珍富里地區，堵塞了戰役缺口。南朝鮮第8師由大田北調平昌、堤川，建立了縱深防線，於是敵軍又形成了東西相接的完整防線。這時，我軍在一個月內已連續進行了兩次作戰，部隊相當疲勞，供應亦發生困難；加之此役未消滅美軍完整的師團建制部隊，敵還有北進可能。在這樣的情況下，我軍繼續南進，不僅不易消滅敵人，反而徒增困難，不如後撤，使主力休整，以逸待勞，尋機殲敵，更為主動。於是，21日結束了第二階段的作戰。
在這一階段作戰中，第3兵團第15軍發起進攻後，第45師攻占沙五郎峙，殲美第2師200餘人。第44師迅猛插入敵縱深，18日夜在洪川以北大田裡發現美第2師第38團主力露營，第130團以突然勇猛的作戰展開進攻，第9連直插敵人團部後方，堵截敵人退路，與敵展開肉搏。第9連第2排排長崔建團，一人刺死6個美國兵，又用繳獲的武器斃敵20餘人，俘敵8名，獲一級戰鬥英雄稱號。經一夜激戰，第44師將美第38團大部殲滅，斃傷敵1800餘人，俘敵240餘人，有力地牽制了當面美軍。 （戰後為了紀念這一勝利，朝鮮人民在加里山上立了一塊記述志願軍英勇奮戰和中朝人民戰鬥友誼的紀念碑。）第15軍殲滅美第38團大部之後，繼續向縱深發展，因美第2師與美陸戰第1師繼續頑抗，前進受阻。第60軍第180師以積極行動攻擊當面之敵，19日夜佔領洪川以北法所裡，牽制了美第7師不得東援。
西線第19兵團以4個師的兵力於17日分別攻殲了高陽、金谷裡、清平川、上泉里等地之敵。 18日第63軍南渡北漢江，攻占通芳山、鳳尾山諸要點，在抗擊敵人反撲中，殲滅美軍1個營和南朝鮮軍3個連的大部，有力地箝制了西線敵人。 20日，西線敵軍為減輕我軍對其第9、第10軍的壓力，開始以美第1軍3個師又3個旅的兵力向第19兵團展開進攻。第19兵團隨即轉入了防禦。
這次作戰，我軍斃傷浮敵2.3萬餘人。李奇微在他的回憶錄中說：“在（志願軍）進攻發起後的第二天較晚的時候，防守春川右側高她的南朝鮮第5師和第7師在中國人的打擊下土崩瓦解。”“在中國人進攻時遭受沉重打擊的南朝鮮第3軍被撤消了建制。”而李奇微最為惱火的是南朝鮮軍損失了大量武器裝備，他說：“所丟棄的這些武器不可等閒視之，這些武器裝備足可裝備好幾個完整師的。”
中朝部隊為改善補給，爭取主力集結休整、補充，總結作戰經驗，造成爾後有利戰機，以便更多地殲滅敵人，決定將各兵團主力北移“三八線”南北地區。 5月23日中朝部隊主力開始轉移；各兵團留一個師至一個軍，從當時所處位置起，採取運動防禦的辦法，節節阻擊，殺傷消耗敵人，爭取時間，掩護主力休整。是日，“聯合國軍”乘機以4個軍13個師的兵力，有計劃地全線實施猛烈反撲。 “聯合國軍”的反撲是利用技術裝備的優勢，以摩托化步兵、砲兵、坦克組成“特遺隊”，在航空兵掩護下，多路猛烈地向中朝部隊縱深突擊。 25日，“聯合國軍”主力全面展開沿漢城、漣川、春川、華川、洪川、麟蹄公路穩步向北推進。
中朝人民軍隊向後轉移，本是勝利回師的主動行動，但是，由於對“聯合國軍”有計劃地組織以機械化“特遣隊”的形式向縱深穿插割裂，迅速展開主力實施全線反撲估計不足，因而轉移的組織計劃不夠周密。擔任機動防禦的部隊，有的需要兩天的行程作橫向運動才能進入防禦地區；有的部隊雖進入防禦地區，但未能很好控制要點和公路，組織有效地交替掩護，因此，全線出現多處空隙，使敵“特遣隊”得以乘隙而入，造成中朝人民軍隊在轉移初期十分被動的局面。志願軍第27軍、第60軍第180師、第12軍第91團被割阻於敵後。 24日至27日，第27軍在麟蹄、縣里地區以積極的行動阻擊敵人的進攻，給予美第2師、空降第187團、南朝鮮第5師以迎頭痛擊，穩定了東線形勢。第180師在春川方向，北漢江兩岸地區頑強抗擊美第7師、陸戰第1師、南朝鮮第6師的進攻。 27日，後撤至駕德山地區，三面受敵遭到了重大損失。第91團不畏艱難，機動靈活的由下珍富里以北繞道沿東海岸勝利返回。
中朝人民軍隊的爭取主動，於27日將北移途中的志願軍第63、第64、第15、第26、第20軍及人民軍第5、第2、第3軍團等8個軍陸續展開於“三八線”南北地區組織防禦。 28至30日，第65軍對進攻漣川之美第1軍，第20軍對進占華川地區之美第9軍，實施強有力的反擊，殲敵一部，並收復華川。 6月1日，志願軍4個軍於新幕、雞雄山、黑雲吐嶺一線構成了縱深防線。隨著反擊作戰的勝利和全線防禦布勢的完成，“聯合國軍”的反撲行動被制止。 6月10日，中朝部隊主動撤出鐵原、金化，將戰線穩定在三八線，附近的汶山、漣川、鐵原、金化、楊口、明波里一線。交戰雙方均轉入防禦，至此，第五次戰役勝利結束。
這次戰役，中國人民志願軍和朝鮮人民軍共投入15個軍（軍團）的兵力，奮戰50天，取得了殲敵8.2萬餘人的重大勝利，粉碎了敵妄圖以側後登陸配合正面進攻，在朝鮮蜂腰部建立新防線的計劃，奪回了戰場上的主動權。
中朝人民軍隊在這次戰役中，亦付出了相當代價（傷亡8.5萬餘人）。此役，中朝人民軍隊雖步兵佔有很大優勢，砲兵、坦克部隊和後勤保障也得到了部分加強，但技術裝備優劣懸殊的狀況沒有改變，白天仍無行動自由，部隊機動和後方供應受到很大限制，作戰效能仍難以充分發揮。這次戰役更加證明，在這種情況下，殲敵重兵集團是難以實現的。而解決朝鮮問題，關鍵又在於大量殲滅敵人有生力量，這就需要時間，需要由打小殲滅戰逐步過渡到打大殲滅戰，需要一個改善裝備、提高作戰技能、完成敵我力量消長的過程。據此，中朝人民軍隊在戰略方針上作了調整，以打小殲滅戰、“零敲牛皮糖”為作戰指導思想，逐步從運動戰轉變為陣地戰。 “聯合國軍”經過這次較量，對中朝人民軍隊的力量亦作了重新估計，在強大的中朝人民面前，美國當時的陸軍參謀長、參謀長聯席會議陸軍代表J·勞唐·柯林斯上將不得不承認：“朝鮮戰局在1951年春的動蕩起伏已經清楚的表明，不管那一方都不會贏得決定性的軍事勝利”，“我們第一次承認，對美國來說，只靠軍事行動是不能圓滿解決朝鮮問題的。”第五次戰役結束後，“聯合國軍”不得不轉入戰略防禦，並接受停戰談判。從此，朝鮮戰場上出現了長達兩年的戰略相持階段。