韓國第2軍就地轉為守勢後，美第8騎兵團到達雲山，於是美第8集團軍便決定變更作戰部署，以韓國第1師經溫井向楚山附近，以第1騎兵師向朔州附近實施進攻。就在這不經意間，一場敵我對進的大規模遭遇戰就要發生了，這場遭遇戰，對於認為追擊已到最後階段的美第8集團軍來說，完全是不預期的；而對於待機數天的中國軍隊來說則是相對預期的。
此時，中國人民誌願軍的態勢是：第38、第40軍的6個師已在準備奪取清川河穀至軍隅裏一線地區；第39軍完成了對雲山的包圍；大寧江上遊地區集結的第50、第66軍，等待著接近的美第24師。日本人說，交戰的兩軍都是在右翼防禦采取守勢，以左翼為主攻采取攻勢，呈現出圖上兵棋演習常常出現的“走馬燈”式的戰況。按照日本人的說法：“走馬燈，意誌強者勝”；反過來說，更快更多地感到後方受威脅者就會失敗，讓我們拭目以待。
10月31日晚上，韓1師白師長離開激戰中的部隊，乘吉普車到達位於新安州的美軍第1軍軍部十分懇切地報告說：“雲山周圍，中國的正規師已部署得滿滿的。…軍需要迅速整頓總的態勢”，並建議立刻下令將部隊撤到清川江一帶。經過請示協調美軍決定：韓1師即刻向立石和寧邊撤退，並由美軍第1騎兵師提供掩護。第8騎兵團計劃於11月1日上午同三灘川南岸地區的韓國第1師換班，其第3營換下南麵河畔的韓國第11團，第2營換下了雲山西側的韓國第12團的左翼營，第1營擬於韓國第12團的右翼營換班。但是，由於從龍山洞到雲山的道路被一座大山分成兩條，第8騎兵團選擇西側道路前進，而韓1師選擇東側道路後撤。由於換班位置的陣地大部已被敵人占領並處於激戰中，美第8騎兵團1營便在韓軍戰線後方占領陣地，也沒有與韓軍換班。韓國第1師雖然沒有看見美軍，便率第11團、第12團撤出陣地，向寧邊、立石移動，第11團擔任了九龍江東岸的防備任務，第15團留置雲山東側的三灘川東岸。下午，進至雲山的美第1軍米爾伯恩軍長，聽取了第8騎兵帕爾馬團長關於“換班已順利完成”的報告。但是，在雲山小學開設指揮所的韓1師白師長卻說：“一次也沒有和帕爾馬團長見過麵”。還強調，由於立石、寧邊的防守麵臨危機，韓1師隨機應變，組織部隊轉移，阻止了不利事態的發展，而且命令配屬的美第10炮兵群每門火炮以最大射速炮擊中國誌願軍陣地，共打出了1.3萬餘發炮彈。然而，其實真正的危急並不在立石、寧邊，而是在清川河穀。美第8集團軍計劃讓韓第7、第8師在球場洞組織東西陣地線，但是，在防禦尚未完成配備之機，刹時間被敵方突破了，韓第2軍所剩下的陣地就隻能有院裏附近那一點了。
第8集團軍將第1騎兵師增派到雲山方向，使戰局發生了與昨天所預期的完全相反的變化。集團軍司令官沃克親自給第1軍米爾伯恩軍長打電話，提醒他注意雲山的戰況：“第24師的進攻，要與雲山的戰況相適應”。當時，沃克考慮隻有雲山周圍的戰局有好轉，才能從那裏攻擊迫近院裏的敵人的右側後，也才能向鴨綠江渡河點進攻。美第8集團軍把雲山的戰況看作是總的情況的關鍵、攻防的重心。然而，美第8集團軍對敵人兵力的估計，卻仍然是慣性思維，沒有改變過低估計敵人的弊病。
（三）包圍韓１師
根據最新的敵情，誌願軍總部迅即定下新的決心，決定以對美第8集團軍側後實施戰役迂回，結合正麵突擊的戰法，集中誌願軍主力，在西線各個殲滅敵人。首先求得消滅韓國第8、第7、第1師，然後視情再殲滅美騎兵第1師、第24師和英第27旅。10月29日，分別令第40、第39、第66軍抓住當麵之敵，令第38軍以主力迅速南下，務於31日或11月1日拂曉前，進占球場以南院裏、軍隅裏，截斷進占雲山、泰川之敵退路。毛ze東於10月30日20時致電彭德懷、鄧華，肯定了誌願軍的部署，認為“很好”，同時指出：“隻要我38軍全軍及42軍一個師能確實切斷敵人清川江後路，其他各軍師能勇敢穿插至各部分敵人的側後，實行分割敵人而各個殲滅之，則勝利定能取得。”
10月31日，中國軍隊西線主力已在古軍營洞、塔洞、泰川（北）、雲山（北）、溫井、熙川一線完成了戰役展開，並三麵包圍雲山地區的韓國第1師。
此時，聯合國軍對中國誌願軍參戰的意圖和兵力判斷錯誤，美第8集團軍仍背依清川江，以師或團為單位，分散配置在龜城、定州、雲山、球場、博川一線上，美軍與韓國軍隊之間空隙很多。
誌願軍第39軍已於30日完成對雲山的三麵包圍，該軍建議在31日19時30分發起總攻。誌願軍首長指示：總攻雲山，應待第38軍主力攻占球場、院裏，威脅安州，調動美第24師回援時為好。不久，彭德懷電話指示：第39軍於11月1日晚在第40軍協同下，圍殲雲山之敵。
第39軍決心：以第116師擔任主攻，由西北方向沿三灘川兩岸山麓經龍埔洞、262.8高地、間洞、朝陽洞向雲山攻擊前進，並以一部兵力向上九洞方向發展進攻；第117師主力由東北方向實施助攻，首先殲滅三巨裏之敵，而後在間洞與第116師左翼團會合，從東麵進攻雲山，配合第116師圍殲雲山之敵，另以1個團迅速插到上九洞斷敵退路；第115師以1個團由雲山以西的諸仁洞沿公路兩側向立石上洞、立石下洞、棲鳳洞、下草洞攻擊前進，另以1個團進至雲山至龍山洞公路之龍頭洞，切斷公路，阻擊由龍山洞增援雲山之敵。第115師第344團仍留置泰川以北，阻擊美第24師，確保側後安全。各部於17時前完成一切準備，11月1日19時30分對雲山發起總攻。