第一次战役是敌我双方在运动中的不期遭遇战打响的，彭德怀将其称为“遭遇与反突击战役”。志愿军以战略上的后发制人和战役的突然性，将冒进至鸭绿江的敌人以迎头痛击。
１０月１９日，“联合国军”攻占平壤。麦克阿瑟为在感恩节前结束战争，命令部队以团、营为单位向中朝边境疾进。这种分兵冒进，正好给志愿军出其不意的突袭造成有利机会。
中国对于要出兵朝鲜已经实现向美国提出了警告，但是出兵的时间和地点采取了严格的保密措施。各部队入朝时，都采用夜间行军、白天严格隐蔽的措施。在敌机日夜不停地搜索中，数十万大军完全未被敌人发现。
１０月１９日至１０月２２日，志愿军第３８军、第３９军、第４０军、第４２军全部进入朝鲜，同时第５０军、第６６军作为战役预备队于１０月底入朝。至１１月初，入朝志愿军共有６个军、１８个步兵师、３个炮兵师，总兵力约３０万人。
当时朝鲜战场的“联合国军”达到４２万人（包括韩国军队），但向北推进的一线部队只有１３万人（包括美军４个师、英军１个旅、韩军６个师）。
根据部署，我志愿军集中三个军于西线，将首先打击对象定为最为突出的韩国第２军之第６、第７、第８师。此外，以第４２军在黄草岭、赴战岭一线阻击东线北进之敌。
战役于１０月２５日由志愿军第４０军首先打响。当日晨，韩国军第６师第２团一个营进至温井，第４０军第１１８师从两水洞地区的公路两旁发起突袭，采用拦头、截尾、斩腰的战法在一小时内将敌人全歼。这一天——１０月２５日，后来定为抗美援朝战争纪念日。
１０月２６日，韩国第６师第７团进占鸭绿江畔的楚山，这是韩军第一次也是最后一次进抵中朝边境。该团占领楚山后，竟冒然炮击我国境内，在发现已陷入我军重围后仓皇后撤。在撤退过程中被志愿军第４０军部队团团包围，经战斗大部被歼灭。
西线我军主力在与韩国军的遭遇战中成功完成战役展开，并在展开过程中歼灭了韩第６师大部和第８师两个营，并占领了熙川。
此时“联合国军”对于中国出兵仍然估计不足，１０月３１日，英军第２７旅进至定州、宣川；美军第２４师进至泰川、龟城，骑兵第１师由平壤调至云山、龙山洞地区；韩１师主力向宁边地区转移，第８师退集球场地区，第７师东调球场、德川地区；美军第２师北调安州地区作为第８集团军预备队。其清川江以北的兵力虽增至５万多人，但仍处于分散状态。
１１月１日傍晚，志愿军第３９军以８个步兵团和２个炮兵团的兵力，向云山之敌发起进攻。此时正值美骑１师第８团和韩国第１师换防，敌人遭到突然打击后乱做一团。我方在进攻开始后才发现云山守敌已经换为美军，但志愿军战士充分发挥果敢顽强的战斗精神，利用夜暗同美军展开肉搏。
美军的火力优势在黑夜和近战中无法发挥出来，被迫丢弃大部分重装备，午夜后以坦克为先导进行突围。突围过程中骑８团第３营被截断，激战至１１月３日被歼。此战使第８骑兵团在云山总共损失“一半以上的建制兵力和很大一部分装备，其中有十二门１０５毫米榴弹炮、九辆坦克、一百二十五辆以上的卡车和十二门无座力炮”（李奇微《朝鲜战争》）。云山战斗共毙伤俘敌人二千余人，其中美军约１８００人，缴获飞机四架（志愿军唯一一次在地面缴获飞机的记录），击落飞机四架。
云山战斗开始后，志愿军向分散之敌发起全面进攻。但麦克阿瑟从骑１师的失败中发现到中国军队的空前强大，急忙于１１月３日命令全线后撤，志愿军随即开始追击作战。鉴于志愿军徒步追击已不可能达成迂回作战任务，志愿军总部于１１月５日命令停止进攻。１１月７日，在东线执行阻击任务的志愿军４２军和人民军一部在抗击了韩军和美陆战１师七天的进攻后也主动后撤。第一次战役至此结束。
第一次战役历时１３天，志愿军战士以大无畏的战斗精神首战美国强敌，赢得了入朝初次作战的胜利。是役我军不成建制地歼敌共１.５万人，并将“联合国军”打退到清川江以南。
