1950年12月31日17时，中朝人民军队按预定计划，经短促的炮火准备后，全线发起进攻。志愿军右纵队在人民军第1军团配合下，迅速突破南朝鲜军防御阵地。第39军第116师仅用13个小时就突过临津江，前进12～15公里（见高浪浦里东南突破临津江战斗）。该军第117师担任纵队的右翼迂回任务，沿途打破南朝鲜军五次拦阻，于1951年1月1日晨突入防御纵深15公里，攻占湘水里、仙岩里地区，割裂了南朝鲜军第1师与第6师的联系。第38军第114师担任纵队的左翼迂回任务，于1日12时突入防御纵深20公里，占领七峰山，但在与第117师构成合围前，南朝鲜军第6师大部已乘隙逃走。
战至2日中午，志愿军右纵队和人民军第1军团推进到坡州里、仙岩里、七峰山及议政府东北一线，突入敌军防御纵深达15～20公里。志愿军左纵队突破后，担任迂回任务的第42军第124师，不顾敌机威胁，坚持昼间作战，沿途进行大小战斗十余次，于1日12时前出到济宁里以南地区，切断了南朝鲜军第2师退路（见济宁里战斗）；担任正面攻击的第66军主力，至2日先后占领修德山、上南淙、下南淙地区，在第124师协同下，歼灭了该地区的南朝鲜军第2、第5师各一部，毙伤俘3200余人。随后左纵队乘胜发展进攻，占领加平、春川。人民军第2军团主力、第5军团第12师向洪川、横城、原州方向攻击前进，第12师31日晨进至洪川西南新垈里地区、威胁南朝鲜军后方，迫使其第3师南撤。至1月2日，南朝鲜军扼守的第一道防线全面崩溃，汉城正面吃紧，美、英军东部翼侧完全暴露。李奇微为避免十几万部队拥挤在汉江北岸背水作战，便下令全线撤退，只以小部队在汉城以北高阳、道峰山、水落山一线进行掩护，企图阻止中朝人民军队继续进攻。
1950年1月3日，中朝人民军队转入追击作战。志愿军右纵队第50军在高阳以北碧蹄里击退美军第25师1个营的抵抗后，进至高阳以南佛弥地截断了英军第29旅退路，并于当晚全歼该旅皇家奥斯特来复枪团第1营及1个坦克中队，缴获和击毁坦克31辆（见高阳战斗）。第39军在议政府西南回龙寺与美军第24师第21团遭遇，歼其一部，后又在议政府以西釜谷里歼英军第29旅2个连。第38、第40军追至议政府东南水落山地区，击溃美军第24师第19团。左纵队第42军主力和第66军1个师分别由加平、春川渡过北汉江向洪川方向追击。人民军第2、第5军团则继续在洪川、横城地区截击南朝鲜军。由于中朝人民军队攻势凌厉，“联合国军”被迫于3日15时开始撤离汉城。4日，第39、第50军及人民军第1军团各一部进占汉城。5日，第50军及人民军第1军团主力渡过汉江，继续追击，第50军于果川、军浦场歼美军空降第187团和土耳其旅各一部。志愿军右纵队其余3个军在汉城东北地区集结待命。第50军7日进占水原、金良场里；人民军第1军团8日收复仁川港。志愿军左纵队4日占领洪川、阳德院里后，第42军继续追击，于6日进占砥平里，并在横城西北梨木亭歼美军第2师一部，8日攻占骊州、利川。与此同时，人民军第2、第5军团占领横城、原州。
1950年1月8日，“联合国军”在中朝人民军队打击下，撤至北纬37°线附近的平泽、安城、堤川、三陟一线。鉴于“联合国军”后撤似有计划进行，企图诱使中朝人民军队深入后实施反击，也为避免前进过远而陷于不利地位，彭德怀果断决定停止追击，战役遂告结束。 此役，中国人民志愿军同朝鲜人民军并肩作战，迅速突破“联合国军”的“三八线”既设阵地和纵深防御，粉碎其争取时间、整军再战的企图，毙伤俘敌1.9万余人（其中志愿军歼敌1.2万余人），占领汉城，将战线推进到37°线附近地区。作战中，志愿军伤亡5800余人
志愿军和人民军突破"三八线"向南挺进
1月4日中朝军队攻占汉城
中朝军队在汉城载歌载舞欢庆胜利
