由于出现这个波折，10月12日，毛泽东电彭德怀、高岗：志愿军各部仍就原地进行训练，不要出动，并请他们来京一谈。彭、高到京后，13 日，毛泽东再次召开中央政治局紧急会议，就出兵、不出兵问题展开复议。会上，毛泽东强调中朝唇齿相依，让美军进到鸭绿江边与我对峙未必有利。会议经过反覆讨论，终于下了出兵的最后决心。随即发电给周恩来：与高岗、彭德怀二同志及其他政治局同志商量结果，一致认为我军还是出动到朝鲜为有利。
在第一时期，可以专打伪军，我军对付伪军是有把握的，可以在元山、平壤线以北大块山区打开朝鲜的根据地，可以振奋朝鲜人民重组人民军。两个月后，苏联志愿空军就可以到达。六个月后可以收到苏联给我们的火炮及坦克装备，训练完毕即可攻击美军。在第一时期，只要能歼灭几个伪军的师团，朝鲜局势即可起一个对我们有利的变化。
我们采取上述积极政策，对中国、对朝鲜、对东方、对世界都极为有利；而我们不出兵，让敌人压至鸭绿江边，国内、国际反动气焰增高，则对各方都不利，首先是对东北更不利，整个东北边防军将被吸住，南满电力将被控制。总之，我们认为应当参战，必须参战。参战利益极大，不参战损害极大。
美国将军哀叹签订了历史上第一个没有取得胜利的停战协定
10月19日，中国人民志愿军的三个军和三个炮兵师分三路渡过鸭绿江。为了隐蔽，部队黄昏行动，拂晓停止。21日，“联合国军”攻占平壤，麦克阿瑟认为中国出兵的可能性极小，叫嚣要在11月23日感恩节前占领全朝鲜。他根本不知道中国人民志愿军几天前已经渡过鸭绿江，正在预定地区布下口袋等着他。25 日，北进的李伪军1师、6师先头部队遭我志愿军伏击，被歼千余人，揭开了抗美援朝的帷幕。从10月25日到11月5日，历时10天的抗美援朝战争第一次战役共歼灭“联合国军”15000余人，打破了美军不可战胜的神话，稳定了朝鲜半岛的战局。
骄横的麦克阿瑟吃了败仗，仍然主观地认为中国只是派了少量部队入朝以保卫自己的边防，因此，他重新集结兵力，在海、空军的支援下加快北进速度。11月 24日，麦克阿瑟向全世界宣布，“联合国军”已开始发动总攻，在圣诞节前结束朝鲜战争。随后，他又在广播中要求他的部队迅速打到鸭绿江，回家过圣诞节。我志愿军采取边打边撤、诱敌深入、分割包围、伺机歼灭的方针，从11月7日到12月24日，历时40多天的抗美援朝第二次战役，共歼敌36000余人，收复了平壤和“三八线”以北的广大地区。
第二次战役中，11月25日，我志愿军总部遭到美机轰炸，毛泽东的儿子毛岸英和另外一位名叫高瑞欣的同志不幸牺牲。一个多月以后，1951年1月2 日，周恩来才把彭德怀关于此事的电报写信告诉毛泽东。周恩来的信和彭德怀的电报都不长，毛泽东却看了很久。长叹了一声后，他说，牺牲的成千上万无法只顾及此一人。事已过去，不必说了。毛泽东精神伟大，而实际的打击则不小！这是没有办法的事，毛泽东一度有下乡休息之意。
