1951年2月中旬至4月初，中共中央军委调动战略预备队第3兵团、第19兵团及第47军相继入朝，朝鲜人民军也进行了整顿扩编。4月间，中朝两军在朝兵力已达到130万人，其中志愿军15个军共95万余人，其中作战部队77万余人，人民军34万余人。志愿军各种火炮增至3000多门，其中野、山、榴、反坦克炮千余门，火力比前一阶段大有增强。当时“联合国军”在朝的地面作战部队总数为34万人。

4月22日傍晚，中朝军队14个军沿着200多公里宽的战线同时开始进攻，部队采取多钳合击的方式向前穿插。东西两线的中朝军队达成突破后，乘胜向后撤之敌猛攻，在为时7天的第一阶段攻势中，全线推进了70至80公里。

第一阶段攻势结束后，鉴于美军大都集中到西线，东线由南朝鲜军的6个师防守。中朝军队决定将主力东移，争取先消灭东线的南朝鲜军。5月16日晚，中朝军队共13个军，其中志愿军9个军、人民军4个军团发起第二阶段进攻。西线的第19兵团佯攻汉城，以吸引美军主力。中线的第3兵团实行中央突破，切断了敌东西线联络。担任主攻的第9兵团和人民军3个军团在东线开始分割包围南朝鲜军。由于采用了傍晚突破，夜间向纵深穿插，天明实现合围的方式，加上攻击部队十分勇敢，脆弱的南朝鲜军迅速崩溃。中朝两军于18日切断了南朝鲜军4个师的后路，被围的南朝鲜军丢弃重装备分散逃入深山。中朝军队虽然缴获了敌4个师的装备，却由于东线山高林密，一时搜剿不易，只歼敌1．7万人。至21日，中朝军队在东线推进了50至60公里，由于粮弹接济不上，不得不停下等待补充，美军和南朝鲜军各1个师以摩托化行军，迅速堵塞了缺口。中朝军队决定春季攻势到此结束，将主力移至三八线以北休整。

22日，中朝军队开始北撤。此时“联合国军”总司令李奇微以美军7个师为主力连同南朝鲜军、英军共13个师，开始全线反扑。美军在反扑时以坦克群和摩托化步兵组成“特遣队”，在大批飞机掩护下，沿公路向志愿军纵深穿插，抢占桥梁和渡口。美军突破前沿后，三天内即向纵深推进50至60公里。24日，志愿军第12军军部和下属的2个师、第27军主力和第60军所属的第180师被截断在三八线以南，志愿军司令部所在地一时也受到严重威胁。

面对意外出现的严重局面，被截断的志愿军指战员大都表现出英勇顽强的战斗作风，突围坚决的部队获得了成功。在突发情况面前，也有些部队因处置不当损失较大。从27日以后，中朝军队展开8个军实行阻击，中朝军队决定在后方准备建立三道防线，并从国内调第20兵团入朝。敌军因在进攻中损失很重，又畏惧中朝军队反击而不敢过远深入，于6月10日全线转入防御，至此第五次战役结束。

第五次战役历时50天，中朝军队共歼敌8．2万人，中朝方面有较大的作战损失。