中国的参战
如上所述，中国高层在10月初就已经基本确定要派兵入朝参战，但是由于苏联方面顾虑美苏迎头相撞爆发第三次世界大战而不愿意提供空军掩护，派兵计划一直没有执行。10月9日周恩来亲自访问莫斯科，与斯大林讨论朝鲜问题。但是双方还是无法就该问题达成协议，甚至一度在10月13日宣布放弃，准备让金日成到东北组建流亡政府。不过经毛泽东与其他中国共产党中央政治局高层讨论决定最终还是出兵参战，但要求苏联方面最迟在两个半月内提供空军掩护，还要负责中国各主要城市的领空安全。斯大林最后也在17日同意了请求。
1950年10月19日晚，中国人民志愿军从安东（今称丹东）、河口（即宽甸县长甸镇河口）、辑安（今称集安）等多处地点秘密渡过中朝边界鸭绿江，10月25日发动突袭。
联军并未料到中国会在未对联合国宣战的情况下出兵，而且此前前方的联军也没有收到任何中国军队已经跨过鸭绿江的情报。联军被打得措手不及，全面撤退至清川江以南。第一次战役以中国军队的全面告捷结束，中方宣称歼灭了3万5千名联合国军士兵。
虽然第一次战役惨败，麦克阿瑟依然坚持中国出兵只是象征性的，但同时他也承认“联合国军全部被歼的危险”，因此建议应该大规模轰炸中国东北地区，但是美国杜鲁门政府显然意识到在二战刚刚结束后就立即与中国作战将有可能触发第三次世界大战，因此认为应该将战争限制在朝鲜半岛。而中国的参战，令杜鲁门政府再度改变政策，称朝鲜半岛的统一可以“日后再谈判”，显然抛弃了之前要一鼓作气统一朝鲜的策略。
11月24日，麦克阿瑟发动了对清川江以北中朝军队的进攻，并宣称要让美军士兵“回家过圣诞节”。中国人民志愿军先示形于敌，诱敌军进入战役发起线后于11月25日发动第二次战役，在西线战场使用志愿军第38军、42军从左翼突击美军第8集团军纵深。美韩军被迫全线突围南撤至三八线，12月5日弃守平壤。1950年12月31日中朝军队发起第三次战役，推进至三八线以南50英里处，汉城被中国人民志愿军第50军与朝鲜人民军第一军团占领。
杜鲁门政府的另一个心患竟是自己的前方指挥官。麦克阿瑟将军在朝鲜的行动很多都未得到华府的首肯，有些甚至违背了华盛顿的决策。麦克阿瑟不顾政治目标，而仅仅追求军事上的利益，这种行为其实会使任何一场冲突升级为世界大战，而这在核武时代是非常危险的行为。麦克阿瑟提出过多次针对中国的攻击，如大规模轰炸中国东北、动用原子弹轰炸中国东南沿海大城市以及邀请蒋介石军队参战等，都一一被杜鲁门驳回。4月11日，杜鲁门最终决定免除麦克阿瑟的最高司令官职务，由李奇微将军接任。这项命令是麦克阿瑟是在无线电广播中与全世界民众一样知悉的，麦克阿瑟认为这是杜鲁门对他的羞辱。
此时的美国已经发现自己陷入朝鲜的泥潭而无法自拔，自己被迫在一个陌生的战场打一场前途未卜的战争。因此美国在1951年1月13日提出停战建议，但在顺利的战争形势面前毛泽东认为中国有能力将美国军队逐出朝鲜半岛，他在给彭德怀的指示中称现在停火“将给政治面上以很大的不利”，要求趁热打铁，统一朝鲜。
很快地，毛泽东就不得不对其决定付出代价。4月，战事再度大逆转，到5月份，联合国军第二次跨过三八线，中国军队损失惨重。7月10日双方终于同意停火，坐到了谈判桌前。
1953年7月双方签署停火协议，谈判的最终结果是在三八线附近以1953年7月27日22点整双方实际控制线南北各2公里宽设立非军事区。直到52年后的今天，朝鲜半岛依然是分裂的两个国家：朝鲜民主主义人民共和国和大韩民国。
战争伤亡统计
据中国方面的统计，朝鲜战争期间中国志愿军伤亡50万余人次，阵亡约17万人，扣除多次负伤人次，负伤22万人，合计伤亡39万人，但有其它方面的消息称中国志愿军阵亡人数远远超过17万，甚至可能达到数十万。中朝军队伤亡总人数约63万人。
联合国军方面，美军伤亡约14万人次。其中阵亡美军36529人，负伤10万馀人次，扣除多次负伤后的负伤人数不详。韩国方面数字并未有结论，许多早前公开数字包括平民伤亡，但无论如何，以韩国人力，不可能有多达百万军队伤亡。近年根据当年人口普查资料推断，所谓伤亡失踪百万应该是军民合计数字。韩军的伤亡约在30万-40万之间.
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