到10月底，联合国军在清川江以北地区的兵力迅速增加，至美军3个师、英军1个旅和南朝鲜军2个师，总人数达到6万至7万。
然而，美军此时仍错误地估计志愿军的总人数仅约5000人，并认为他们装备了大量过时的日式二战武器，轻重机枪种类繁杂，装备混乱。正是这种误判，使得美军认为志愿军不堪一击。
麦克阿瑟仍在分兵冒进。伪第6师主力已进到熙川，伪第1师还在攻击云山以北我军阵地。美24师、英27旅已分别窜到了泰川、定州。整个西线敌军右翼全是伪军，目前他们已被我阻击在温井、云山一线动弹不得。左翼的美、英军因未遇我军阻击，已开始突前。
我军计划先集中38军和40军两个师，再加上42军一个师，共六个师兵力，消灭熙川的伪6师和伪8师两个团。
同时39军至云山西北地区，阻击伪1师北进及向熙川的支援，66军则阻止美英军的前进。
38军做“拳头”，一举捶垮西线敌军的右翼，打开缺口后插向敌军左翼背后，将西线敌军包围消灭在清川江以北！
10月28日，整整一天，敌我双方主力都在对峙，然而伪6师7团在准备逃跑。
再不能这样对峙下去了。拖下去我大军入朝的情况必将暴露，敌人一旦警觉收缩，仗就难打了。
你不敢打过来我就杀出去，还是要抓住西线敌军右翼狠揍，打伪军总要省力一些，对左翼美军放它一马，让它继续北进分散兵力……
此刻，西线的志愿军可以集结10至12个师，约12万至15万兵力，具备明显的兵力优势。
第39军计划采用正面突击与侧后包围相结合的战术，首先夺取云山，随后向龙山洞方向推进。志愿军采取大规模迂回战术，准备切断联合国军的南北退路，将他们围歼于清川江以北。
云山是朝鲜平安北道云山郡政府所在地，通往温井、昌城、宁边和博川的四条公路交汇于此，成为敌我双方争夺的交通枢纽。
为了隐蔽作战意图，并形成围歼云山敌军的有利态势，10月25日晚，第39军兵分两路，翻越山岭极速向云山城进发。次日傍晚，左路第117师推进至云山西北5公里的鹰峰洞。
28日午夜，第117师借助夜色掩护快速向东推进，迅速控制了云山至温井公路以东地区，随后跟进的第116师接管了鹰峰洞两侧的阵地。
右路第115师，则于29日抵达云山以西的龙兴洞一线。
至此，第39军从东北、西北、西南三面包围了云山的敌军。
39军的战斗力一直很强悍，前身是土地革命战争时期，被那位伟人称赞为“为中国革命立下大功”的红军第25军，是“徐老虎”徐海东麾下的军队。
这支部队走出了数百名中国人民解放军的将领，其中名将韩先楚便是杰出代表之一。红25军是参加长征的四支红军部队之一，作为从湖北红安出发的铁军，他们创造了多项历史纪录。
尽管这支偏师只有三千人，但出发时间最晚、到达陕北却最早。与三路主力红军在途中减员大半的情况不同，这支孤军奋战的铁流一路血战，最终与刘志丹部会合时，人数比出发时还增加了数百人。更值得一提的是，他们还在长征途中建立了陕南根据地。
当年伟人率领缩编后的红一方面军陕甘支队到达陕北时，队伍仅剩三千人，实力还不如早已到达的红25军。
红25军毫无保留地从仅有的七千块大洋军费中拿出了五千块，送给了当时极度困窘的中央红军。随后，这支部队整建制编入中央红军，改称第15军团。正是依靠这支部队的加入，毛泽东得以重建拥有两个军团的红一方面军。
这支王牌部队，从东北一直打到西南，纵横万里，鲜有敌手。
抗日战争期间，开赴太行山区，在黄克成大将的率领下南下创建苏北根据地，成为新四军王牌主力第三师，战绩斐然，令日军闻风丧胆。
解放战争爆发后，三师的三万五千将士挺进东北，发展成为东北野战军第2纵队， 成为共产党进入东北的最早、人数最多、战斗力最强的主力部队，为共产党彻底占领东北立下了卓越功勋。
1949年全军整编时被列为第四野战军第39军。这支部队深受所有中共领袖和解放军将领的珍视和喜爱。
朝鲜内战爆发后，1950年10月四野第39军改编为中国人民志愿军第39军，军长吴信泉，政治委员徐斌洲，开赴朝鲜参战。吴信泉是1930年参军的老红军，治军严明，心思细腻，战斗经验丰富。
自第一次战役的硝烟初起，至第五次战役的决战时刻，吴信泉始终都是抗美援朝战场上坚如磐石的中流砥柱，是一个常胜将军，连高傲的五星上将麦克阿瑟也不得不承认：“他（吴信泉）真是一个可怕的人”。
作为四野战军“三虎”之一的39军，在朝鲜战场大放光彩，不仅从未战败，而且还用低劣的武器戳破了美军不可战胜的神话，取得了5个第一：
第一个“第一”，是打败了美国“开国元勋师”——骑兵一师；
第二个“第一”，是39军116师率先收复平壤；
第三个“第一”，是39军通过战场喊话，迫使美军一个黑人工兵连集体投降；
第四个“第一”，是39军在第三次战役率先攻入汉城；
第五个“第一”，是39军歼敌3300多人，俘获美军800多人，创造了志愿军一次战斗生擒美军最多的纪录。
各部队行动进展顺利，42军的两个师已在东线黄草岭牢牢守住，令十万敌军无法前进一步。39军已三面包围了云山的韩1师，准备再次采用围点打援的战术，吸引敌军前来救援云山。唯独38军没有按时到位。
39军113师在28日到达熙川后，直到29日傍晚才发起进攻，当113师攻入熙川时，韩8师早已逃得无影无踪，两个团的战果仅是击毙、击伤和俘虏敌军19人！
志愿军原计划在11月1日19时30分发起进攻，但敌情突变。驻守平壤的美军第八集团军预备队——美国骑兵第一师北上云山，准备接替南朝鲜军第1师的防务。然而，南朝鲜军在美军尚未完全接防时便开始撤退。
第39军虽得知美军骑兵第1师已向云山地区靠近，但并不清楚他们已接替了南朝鲜军的防务，因此一直在为围歼南朝鲜军第1师做准备。直到进攻展开后，第39军各部队攻入敌阵，这才发现他们面对的竟是美军，且正是“王牌”骑兵第1师。这一发现进一步激发了第39军指战员的战斗意志。
美国陆军第1骑兵师是美国历史最悠久的王牌部队之一，由国父华盛顿亲自组建于独立战争期间，享有“美利坚开国元勋师”的盛名。在两次世界大战中屡立战功，常常作为先锋部队作战，从未尝过败绩，因此赢得了“常胜师”的美誉。
尽管如今已改编为重型机械化步兵师，但为传承传统，该部队依旧保留“骑兵师”这一番号，全体官兵都佩戴着一个马头徽记的臂章。现任师长霍巴特·盖伊也是一位广为人知的将领，虽然军衔仅为少将，但他曾是“二战”中巴顿将军的参谋长，被公认为美军中的“装甲战术天才”。
当南朝鲜第一师在云山受阻时，沃克立即打出了这张王牌，他向霍巴特少将下令：“我要你这支王牌部队冲破阻碍，直抵鸭绿江。”
这将是一场顶尖对决，强者与强者的巅峰较量！
云山是朝鲜云山郡的首府，北部的重要交通枢纽，同时也是通往朝鲜北部山区的门户。这个小小的山城战略地位极其关键，一旦攻克，便可直扑清川江平原，势必震动美军。
兄弟部队的捷报频传，尤其是第40军吃了“肉包子”，对于荣誉感极强的第39军刺激很大，全军上下斗志昂扬，只等敌军送上门来。
现在，终于等到了动手的机会，39军的将士们憋足了劲儿，准备一口气将南朝鲜第1师生吞活剥，没想到竟遇上了美国人！
为确保首战必胜，云山战斗的总攻时间调整了3次。
10月30日，第39军在完成对云山之敌的三面包围后致电志愿军总部，建议10月31日19时30分发起总攻。志司指示：总攻云山，应待志愿军第38军主力，攻占球场、院里，威胁安州，调动美第24师回援时为好。
11月1日，39军决定于当日19时30分对云山发起总攻。
上午，军部命令王扶之率领343团南下，截断云山敌人的后路，阻击美军北上的增援。
正午时分，儒将王扶之率343团强行军，抵达敌人的主要补给线——从龙兴洞通往云山的公路。343团，这支经验丰富的老红军部队，在美军飞机和炮火的层层封锁下突围，抢先一步切断了公路。
就在野战工事还没有修筑好的时候，骑5团团长约翰逊上校派出的北上巡逻队已经抵达，那还有什么好说？双方立刻交上手，志愿军初次与美军交战就打了个满堂红，猛打几分钟后，卡车上的六十个美军士兵，就剩了几个命大的跑回去，向团长约翰逊报信。
约翰逊上校一听就急了，立即意识到情况的严峻：冲往云山城的第八骑兵团，后路被切断了！他当即下令：“第一营出击，立即击溃堵在公路上的敌人，打通通往八团的道路！” 第一营刚走，他又亲自率领二营出发。血战开始了。
坦克炮弹、重炮炮弹将王扶之团的阵地打成一片焦土，几十架美军战斗机随后又飞过来投下炸弹，还洒下倾盆大雨一般的汽油，343团阵地立成一片火海。
当觉得差不多了的时候，约翰逊命令冲击开始，一波又一波美国步兵在重型坦克配合下向343团阵地冲去。所有将士从火海中冲出来打得美国兵落花流水，一次小小的反击，四十多名美国兵就成了的俘虏。
美国兵一次又一次冲上去，然后一次又一次留下遍地死尸退回来。他们实在不敢相信自己的眼睛，没有人能在凝固汽油弹那种地狱烈焰中生存下去的！
五个美国兵痴痴地看着一个中国兵勇不畏死地举着手榴弹冲上了一辆正在猛烈射击的五十五吨重的坦克，随着坦克炮塔里发出的沉闷爆炸声，坦克边上被吓呆了的五名美国兵一齐向这个名叫王友的中国战士举了手。
343团越战越勇，一直打到傍晚，骑5团仍不能前进半步。眼看敌军飞机在夜色中不敢出动，美国兵也疲惫不堪的时候，王扶之下令1营出击。美军被揍得连连后退，1营大获全胜，其中第1营1连全歼美军b连，以1个连歼灭美军1个连。
王扶之把救援云山城的骑5团打得溃不成军，成功地截断了骑8团的退路。
得知情况不妙后，韩伪1师立刻开始撤退。
下午3点多，我前沿观察员发现，云山外围的敌坦克、汽车、步兵开始向后移动，云山街附近的敌人往来频繁。
在察觉云山之敌有后撤迹象时，吴信泉当机立断，命令部队抓住敌军后撤混乱的时机，提前总攻云山。
15时30分，39军炮兵和配属的两个炮团又一个营向云山猛烈炮击。仅仅几个小时，39军39军第116师、第117师向云山城发起全面进攻，打了敌人一个措手不及。
这一期间，担任主攻的志愿军第39军第116师密切注视云山城内敌军动向，并积极做好一切进攻准备。
11月1日下午，第116师观察所发现云山外围高地上的敌军在炮火掩护下后撤，同时云山城内有敌汽车不断向南移动。敌军已经发现志愿军的进攻意图，准备逃跑，师长汪洋立即向军首长建议提前发起进攻。
吴信泉决定将总攻时间提前到17时，并向志愿军总部请示。这个建议很快得到志愿军总部批准。为争取时间，志愿军第116师首长，在第一梯队团主官尚在会议结束后返回部队的途中，便下达了发起进攻的命令。
云山战斗发起总攻时间比原计划提前两个多小时。
正是这宝贵的两个多小时，抓住了美骑兵第1师第8团和南朝鲜第1师第15团的换防混乱期，而且美军对新接防的地形还不熟悉，兵力火器都还没有部署好。
战前，志愿军经过缜密侦察，发现美军和南朝鲜军采取的是宽大正面上防守若干重要支撑点、以立体火力网加以联结的防御战术。
担任正面主攻的志愿军第116师，一改过去集中兵力兵器于狭窄正面大纵深的战斗队形，以两个梯队战斗队形在约4公里的宽大正面上，选择敌若干相距较远的防守要点集中优势兵力予以夺取，以打开进入敌阵地纵深的缺口。
在主力突破正面后，又采取大胆穿插迂回、直达敌防御中枢云山镇的侧后，以断敌退路、包围攻击。战斗中，志愿军第116师第347团不顾龙浦洞北山和277.4两高地之敌的猛烈阻击，直插云山镇西侧和西南侧后，包围攻击云山之敌。
志愿军第116师第348团突破前沿后，面对左翼262.8高地之敌威胁，直插云山东南交通枢纽之三叉路口，从侧后攻击云山镇之敌。这两个团从东西协同一致，合围歼灭了云山镇敌之主要集团，实现了预期计划。在正面攻击中，突破前沿后以主力从两翼深入敌侧后包围歼灭敌人的创造性战术，是取得云山大捷的重要因素。
志愿军还创造性使用了一招妙棋：派出“尖刀连”插入云山城，直捣敌军指挥所。11月2日，在志愿军第116师第347团和第348团各自打下一个山头后，师首长命令第二梯队第346团第2营第4连以强袭突入云山城，在敌人心脏内开花。
这种将近战夜战和小分队灵活的包围迂回战术结合起来的创新战法，产生了巨大威力。
黄昏时分，担任先遣任务的116师346团4连，迈着整齐的步伐朝云山城开进。他们穿过敌军的防线，径直插向云山，沿着通往龙山洞的主干道前进，队伍井然有序。
当他们抵达必经的三滩川大桥时，几名美国士兵正叼着香烟，懒散地站在桥头闲聊，丝毫没有察觉到危险。美军误以为是友军，志愿军战士甚至大摇大摆地走上前去，和他们打招呼。
顺利过桥后，4连继续沿主干道向北推进，悄然接近美军骑兵第8团第3营营部，随后突然发动猛攻。转瞬之间，志愿军战士已经冲入军营，猛烈的火力瞬间倾泻而出，主力部队也从四面八方发起全面进攻。
曾经自负的美军大兵很快抵挡不住，开始沿着公路仓皇逃窜。而在他们身后，一路上是衣着单薄的中国士兵，肩扛着并不精良的武器，用脚板奔跑在冰冷的异国大地上，追击着美国人的汽车。
志愿军战士们甚至勇敢的冲进美军车队，与人高马大的美军展开白刃战。志愿军老兵赵顺山回忆说，当时他与战友于世雄、田有福一起和美国兵扭打起来，美国兵用手枪向于世雄腹部一枪，愤怒的赵顺山则用洋镐狠狠地敲进美国兵的脑壳。
仅仅几个小时，39军就旋风般席卷了云山外围阵地。一阵激战过后，美国人丢了城外所有阵地，开始向云山城内狼狈逃窜。
这时才发现打的是美国人，而且还是美军王牌骑一师！
吴信泉掂量了一下，对政委徐斌州说：?“吃肉啃到了一块硬骨头，怪不得火力这么强，原来是美国人的王牌军。继续给我打，老子才是王牌！”
徐斌州听到以后，也十分激动：?“出国的第一仗，就与美军王牌干上了，真是好运气，应该告诉战士们，充分发扬咱们39军近战夜战的本事，和不怕死的革命精神，先从气势上压倒敌人！”
战士们英雄豪气更盛，一个个喊的震天响：?“它是王牌，老子就是王中王，专克狗日的王牌军。就是三头六臂，也要拔下你的角来!”
39军的3个团从东、西、北3个方向，先后攻入云山市内，与美军展开了短兵相接的肉搏战，杀声四起，刺刀见红。美国兵从未见过如此神速的猛扑，更不适应近距离的白刃战，渐渐乱了阵脚，溃不成军。
战斗进行到23时，云山城外的所有高地，已经尽数落入39军之手，此时只剩下云山城尚未攻克。随着四连在中心地带突破，三十九军的主力部队从四面八方涌入云山城。
11月2日凌晨1时30分，第348团第2营主力，行至距离云山南部2公里的公路交叉口，发现美军1个榴弹炮兵营，在坦克和步兵的掩护下向南撤退。第2营立即抢占了公路两侧的有利地形，对敌军实施拦截。
指战员们首先炸毁了敌军的先头坦克，阻断道路，趁敌军混乱之际，冲入敌阵，与其展开了激烈的白刃战斗。随后，该营4连1排乘胜夺取了云山机场，缴获了敌机4架。
此时，美军骑兵第8团指挥机构和第3营，已被志愿军第345团压缩包围在诸仁桥以北、立石下洞公路以西的河滩开阔地。被围的美军多次在坦克掩护下向诸仁桥发起冲击，试图突围至龙山洞方向。
志愿军一个连凭借桥头两侧有利地形，在团主力支援下坚决阻止敌军逃脱。美军见无法突围，只能构筑工事，企图固守待援。为了营救被围困的部队，联合国军派出了美军骑兵第1师第5团、第7团和韩军第8师的两个团。
在美第1军军长米尔本和骑兵第1师师长盖伊的亲自指挥下，美军骑兵第1师主力，对志愿军第343团在龙头洞地区的防线，展开了连续猛烈的进攻，试图打通一条通路，接应被包围在诸仁桥地区的第8团残部突围。
343团奋勇抵抗，坚守阵地，成功将美军骑兵第1师主力阻挡在龙头洞以南。
11月2日下午，被围的美军在10余架飞机的支援下，以火炮和坦克掩护步兵，用两个多营兵力对志愿军第343团阵地发起猛烈攻击，尝试突围。
美军的密集炮火和凝固汽油弹将志愿军阵地炸成火海。战斗持续数小时，343团坚守住了阵地，美军骑兵第5团怎么都难以突破，迫使美军放弃北援云山的企图。
在战斗中343团第1营第1连全歼了一个美军连，以一百人的连队灭了同为一个连的美军，塑造了典范，打破了美军不可战胜的神话！
此时，美军第5骑兵团被打残，第8骑兵团的逃跑路线也被切断，美军第8骑兵团的帕尔默这个时候依然打算向北攻向鸭绿江，只命令一个营守住后方，而此时南朝鲜军队早已经被志愿军的勇猛吓怕了，干脆溜之大吉，这样一来帕尔默的部队，就必须提前接管南朝鲜军队原来的阵地。
11月3日晚，39军发起了总攻，8个团同时出击，美军顿时被打懵了。战斗持续数小时，云山外围的美军和南朝鲜军队的阵地全部被志愿军攻占，39军几乎全歼了被围困在诸仁桥以北地区的美军，一大片尸体倒在了云山城外。
美军第1军军长米尔本看到如此形势，无奈之下，命令军队迅速南撤，不再进攻，骑兵第1师师长盖伊很是不甘，自己作为美军这支“荣誉之师”部队的指挥官，却第一次给这支部队抹了黑，希望继续战斗，挽回败局。
但米尔本心意已决：“我明白你要说什么，我和你们一样痛恨这个决定，但我对此承担责任，这是我一生中做出的最让我心碎的决定。”
米尔本命令美军撤出了战斗。
部分美军最终突围。
至此，云山战役大捷。
云山战役，是中国人民志愿军部队与美军部队在朝鲜战场的初次较量，被国际军事界评价为“世界战争史上少有的遭遇战”。
志愿军以劣势装备，重创了号称“王牌师”美军骑兵第1师，歼灭美军1800余人，击落和缴获飞机7架，击毁和缴获坦克28辆、汽车170余辆、各种火炮119门，首创以劣势装备歼灭现代化装备之敌的范例，也取得了与美军和“联合国军”作战的初步经验。
美国、日本均记载了这场战役，尤其是美军对志愿军夜战给予非常高的评价。
日本陆上自卫队干部学校把云山战斗作为模范战例收入军官基本教材《作战理论入门》一书，认为对中国军队来说，云山战斗是与美军的初次交战，尽管对美军的战术特点和作战能力还不十分了解，但“还是取得了圆满的成功”。
其主要原因是“他们忠实地执行了那位伟人的十大军事原则。对孤立分散的美军集中了绝对优势的兵力进行包围，并积极勇敢地实施了夜间白刃战”。
这一胜利，极大打击了美军的嚣张气焰，也进一步坚定了志愿军的战斗信心。
在39军打响云山之战的同时，40军也展开了猛烈的反攻行动。
他们俘虏了美国第24步兵师的情报科少校，并缴获了两件新奇的“洋玩意儿”：一根又短又粗、圆溜溜的铁管子，和一门炮弹身上布满小孔、尾部像喇叭的怪异火炮。
这两样东西从团一级到师、军，逐级送往志愿军司令部，却没人能够辨认，只好送回四川绵阳的一家兵工厂。专家们一眼认出，这就是“巴祖卡”火箭筒和无后坐力炮。这两种新型反坦克武器随即被大量仿制，并迅速装备到志愿军部队中。
很快，中国的新式89火箭筒和无后坐力炮在朝鲜战场上大显身手，摧毁了大量美军坦克，为一年后在文登里挫败美军的“坦克劈入战”立下了赫赫战功。