橫城大捷後，誌願軍主力開始向砥平裏地區發動反擊。由於偵察信息不準確，對敵軍兵力判斷錯誤，這一戰雖殲滅了一部分敵軍，但終因火力不足、兵力不夠，未能撼動砥平裏地區的敵人主力。為避免不必要的傷亡，彭德懷下令停止對砥平裏地區的進攻。
李奇微在砥平裏一戰中擊退誌願軍，“信心大增”，開始製定新的進攻計劃。新的進攻計劃被他命名為“屠夫行動”，具體實施的方法是：強渡漢江，切斷誌願軍的補給線，給予誌願軍最大限度的殺傷。
2月19日，“屠夫行動”展開。“聯合國軍”在東線發起了猛烈進攻，動用了大量坦克、飛機、火炮。此時的誌願軍與北朝鮮人民軍經過長期作戰，運輸補給不能及時到位，食物與彈藥都極為緊缺。在這種艱苦的條件下，誌願軍與人民軍依舊積極抗戰，雖不能有效地擊退敵人，但仍極大程度上遲滯了敵人的進攻。
3月7日，“聯合國軍”又發起一場名為“撕裂者行動”的進攻。“聯合國軍”集中兵力，在飛機和坦克的掩護下，大舉向“三八線”推進。誌願軍為確保主力安全，退出漢城，開始向北轉移。3月15日，“聯合國軍”占領漢城。之後，“聯合國軍”繼續向北推進，加大火力，勢要殲滅誌願軍主力。
麵對種種困境，誌願軍依靠頑強的毅力抵抗住了敵人一次次的進攻，向北轉移。待到3月底4月初，誌願軍全線部隊已經成功轉移至“三八線”以北地區。“聯合國軍”也緊隨越過“三八線”，欲要深入北部擴大戰略優勢。在誌願軍頑強抵抗下，“聯合國軍”最終沒有北進成功，被誌願軍扼製在開城、長湍、高浪浦裏、三串裏、文惠裏、華川、楊口、元通裏、杆城一線。至此，誌願軍“以空間換時間”的戰役宣告結束。
1951年1月25日至4月21日，中朝軍隊在“三八線”南北地區進行防禦作戰，也是入朝後的第四次戰役。此次戰役是抗美援朝戰爭中規模罕見、耗時最長的一次以防禦為主的戰役。誌願軍與人民軍共殲敵7.8萬餘人。誌願軍雖對“聯合國軍”造成諸多重創，但麵對敵軍的強大火力，自身也損失傷亡不少，運輸補給問題也再次暴露。此次戰役雖沒有獲得全麵勝利，但誌願軍積累了豐富的作戰經驗，使誌願軍有信心更好地展開日後的防禦戰。
奪取戰場主動權
第四次戰役結束後，為了不讓敵人進一步擴大戰略優勢，中國人民誌願軍司令部於4月21日，下達了展開第五次戰役作戰的命令。4月22日，中國人民誌願軍與北朝鮮人民軍對“聯合國軍”發起反擊，第五次戰役打響。
戰役剛開始沒多久，南朝鮮軍就被誌願軍打得四散潰逃。南朝鮮軍的表現讓李奇微大為惱火，因為南朝鮮軍不僅逃跑，而且唯恐跑不快似的，將大型武器、重要補給統統丟掉。這給“聯合國軍”造成了大量的資源損耗。李奇微曾回憶道：
隻是南朝鮮軍隊的所作所為使我感到苦惱。實施進攻的中國軍隊再次將一支又一支的南朝鮮部隊追趕得抱頭逃竄。退逃之中，這些部隊又丟棄了大量貴重且難以補充的武器裝備。
在誌願軍第40軍的猛烈反擊和南朝鮮軍四處潰逃的情況下，誌願軍成功占領了敵人的第一線主陣地。敵軍得知這一情況後，派遣英軍前去支援。為了阻擋英軍的支援，40軍118團旗下的3營戰士英勇奮戰，用自己的鮮血與生命鑄就了一道堅實的壁壘，成功阻止了敵人的支援計劃。
中朝軍隊奮戰三天三夜，按照最初部署打開了戰役缺口，但這並未給敵人造成有力殺傷，沒有達到預期的殲敵效果。對需要“速戰速決”的中朝軍隊來說，這種戰局不容樂觀。
為了長遠的戰略目標，28日，彭德懷宣布全軍停止進攻，轉入休整，開始進行新的戰略部署。司令部經商議決定，將南朝鮮軍隊定為主要殲滅對象，以此來孤立美軍，為之後繼續與美軍抗衡創造有利條件。彭德懷利用敵人不能掌握中朝軍隊真正意圖這一點，采取誘敵計劃，派出部分軍隊向漢城進發，讓美軍以為誌願軍的主要目標是攻占漢城。
果然如彭德懷所想，李奇微經過多方偵察，也沒摸清中朝軍隊的真正進攻意圖，他隻能根據現有資料猜測中朝軍隊的目的很有可能是進攻漢城。在中朝軍隊未行動前，李奇微就開始大舉對漢城進行封鎖，在漢城周圍放置大量地雷、炸藥，布置了一條密不透風的防線，等待著中朝軍隊的到來。
5月上旬，“聯合國軍”得到消息：中朝軍隊開始向漢城逼近。李奇微信以為真，開始部署漢城地區的作戰計劃。
李奇微忙著“保衛”漢城的時候，誌願軍第20軍已經開始向隸屬美軍第10軍的南朝鮮第5師和第7師發動攻擊。第20軍戰士分成幾股進行穿插、合圍，迅速將南朝鮮軍隊置於戰鬥劣勢一方。第二天，誌願軍第27軍的81師前來協助進攻，迅速截斷南朝鮮軍隊的退路。南朝鮮第5師與第7師徹底被擊潰。
中朝軍隊雖在這一階段取得勝利，達到了戰略目標。但因連續作戰，後方補給跟不上，戰士已經疲憊不堪，彈藥食物也極為緊缺，這種情況下並不適合再次開戰。彭德懷便下令全軍停止戰鬥，再次進入休整階段。
經過幾次交戰，李奇微再次審視起中朝軍隊的致命弱點——後方補給不及時。他發現：中朝軍隊每進行一次戰役，就會因為後勤問題進行軍隊休整。李奇微決定利用這一點，繼續實施他的“磁性戰術”，對中朝軍隊發動猛烈進攻。
5月23日，中朝軍隊正在進行軍隊休整，準備向北轉移。就在這時，“聯合國軍”集中大量兵力向誌願軍發起了猛烈進攻。這次的突然襲擊，破壞了誌願軍轉移的計劃，軍隊陣形也被打散。誌願軍又因聯絡通訊、後勤的落後，不能及時對軍隊進行調度，使隊伍造成了極大傷亡。
27日，中朝軍隊停止休整，全軍進入防禦狀態，集中兵力立即展開嚴密布防。從28日起，敵人不斷對誌願軍多個陣地發起猛烈進攻。誌願軍戰士除了要麵對武裝強大的敵人，還要麵對缺糧、斷水、彈藥緊張等等艱難困境。在這種嚴峻的形勢下，誌願軍全體將士懷抱高度的責任感與忠誠心，克服重重困難堅守陣地，與敵人殊死搏鬥。
防守在601.2高地的3連1排排長於泮宮，帶領全排戰士奮戰30個小時滴水未進。敵人將高地包圍，不斷發起衝鋒，勢要將他們全部殲滅。1排戰士們麵對不斷蜂擁而至的敵人，沒有膽怯、退縮，而是勇敢麵對，一次次擊退敵人。最後，1排隻剩下10枚手榴彈和45發子彈。即使到了幾乎彈盡糧絕的境地，於泮宮仍精心組織戰鬥，最終帶領戰士勝利突圍。
同樣的情況在第58師也在上演。第58師在彈盡糧絕的情況下，不怕流血、不怕犧牲，與敵人展開一次次較量，有力地遲滯了敵人的進攻，為其他部隊變更部署、運輸傷員提供了重大幫助。
5月28日，敵人開始轉移攻擊目標，向西線展開全麵進攻。敵人的轉變，給位於鐵原以北後方的誌願軍基地造成了極大威脅。29日，“聯合國軍”不斷對西線的陣地發起猛烈攻擊。誌願軍戰士克服種種困難，與敵人展開激烈的陣地爭奪戰。陣地被攻克，就再反攻克回來，反反複複，即使彈盡糧絕，也絕不輕易放棄任何一個陣地。
5月30日，誌願軍開始化被動為主動，對敵發起反攻。敵人經過長久作戰，逐漸進入疲憊期。在同樣疲憊的狀態下，敵人顯然沒有誌願軍戰士的頑強奮鬥精神，陣地爭奪戰漸漸變為誌願軍的收複戰。31日時，誌願軍將美軍占領的陣地全部收複。這之後，美軍雖然也發動了多次反撲，但都被誌願軍戰士一一打退。
6月1日，誌願軍終於成功遏止了“聯合國軍”的猛烈進攻，構築了一條穩固的縱深防禦線。“聯合國軍”見誌願軍的防禦線日漸成熟，決定速戰速決，投入大量兵力、火力，向鐵原地區再次發起大規模進攻。當時“聯合國軍”不論是兵力、還是火力，都遠遠超過駐守於鐵原地區的誌願軍63軍，但誌願軍將士依然堅守陣地，拚死頂住了敵人的進攻。如187師561團3營，他們在敵眾我寡的情況下，殊死戰鬥，連續作戰四天三夜，頂住敵人10餘次攻擊，被63軍讚譽為“守如泰山”。
“聯合國軍”見一直攻克不見效果，決定再次加大火力，投入飛機、坦克為先導，同時加大兵力，再次對陣地實行連番轟炸和進攻。在猛烈的轟炸下，63軍傷亡慘重。麵對強敵，許多戰士為了給敵人以最大殺傷，手拿手榴彈撲向敵群中間，與敵人同歸於盡。其壯烈，讓敵人都為之震撼。
待到6月10日，曆時12晝夜，63軍終於取得了這次防禦戰的勝利，粉碎了敵人占領鐵原，破壞誌願軍後方基地和交通線，割裂誌願軍防線的企圖。同時，整個戰場的“聯合國軍”也被迫停止北侵的步伐，止於“三八線”附近，轉入防禦狀態。第五次戰役就此結束。
1951年4月22日至6月10日，中國人民誌願軍和朝鮮人民軍在“三八線”附近地區，對以美國為首的“聯合國軍”進行的反擊戰役，這也是抗美援朝中規模最大的一場戰役。雙方均投入了大量兵力，連續激戰50多天。
這次戰役中，誌願軍共殲敵8.2萬人，粉碎了敵人企圖在中朝軍隊側後登陸、配合正麵進攻、在朝鮮蜂腰部建立新防線的計劃，擺脫了中朝軍隊在第四次戰役中的被動局麵。同時，經過這次戰役的較量，迫使敵人對中朝人民軍隊的力量重新作出估計，不得不轉入戰略防禦，並接受停戰談判。