1951年2月中旬至4月初，中共中央軍委調動戰略預備隊第3兵團、第19兵團及第47軍相繼入朝，朝鮮人民軍也進行了整頓擴編。4月間，中朝兩軍在朝兵力已達到130萬人，其中志愿軍15個軍共95萬余人，其中作戰部隊77萬余人，人民軍34萬余人。志愿軍各種火炮增至3000多門，其中野、山、榴、反坦克炮千余門，火力比前一階段大有增強。當時“聯合國軍”在朝的地面作戰部隊總數為34萬人。

　　4月22日傍晚，中朝軍隊14個軍沿著200多公里寬的戰線同時開始進攻，部隊采取多鉗合擊的方式向前穿插。東西兩線的中朝軍隊達成突破后，乘勝向后撤之敵猛攻，在為時7天的第一階段攻勢中，全線推進了70至80公里。

　　第一階段攻勢結束后，鑒于美軍大都集中到西線，東線由南朝鮮軍的6個師防守。中朝軍隊決定將主力東移，爭取先消滅東線的南朝鮮軍。5月16日晚，中朝軍隊共13個軍，其中志愿軍9個軍、人民軍4個軍團發起第二階段進攻。西線的第19兵團佯攻漢城，以吸引美軍主力。中線的第3兵團實行中央突破，切斷了敵東西線聯絡。擔任主攻的第9兵團和人民軍3個軍團在東線開始分割包圍南朝鮮軍。由于采用了傍晚突破，夜間向縱深穿插，天明實現合圍的方式，加上攻擊部隊十分勇敢，脆弱的南朝鮮軍迅速崩潰。中朝兩軍于18日切斷了南朝鮮軍4個師的后路，被圍的南朝鮮軍丟棄重裝備分散逃入深山。中朝軍隊雖然繳獲了敵4個師的裝備，卻由于東線山高林密，一時搜剿不易，只殲敵1．7萬人。至21日，中朝軍隊在東線推進了50至60公里，由于糧彈接濟不上，不得不停下等待補充，美軍和南朝鮮軍各1個師以摩托化行軍，迅速堵塞了缺口。中朝軍隊決定春季攻勢到此結束，將主力移至三八線以北休整。

　　22日，中朝軍隊開始北撤。此時“聯合國軍”總司令李奇微以美軍7個師為主力連同南朝鮮軍、英軍共13個師，開始全線反撲。美軍在反撲時以坦克群和摩托化步兵組成“特遣隊”，在大批飛機掩護下，沿公路向志愿軍縱深穿插，搶占橋梁和渡口。美軍突破前沿后，三天內即向縱深推進50至60公里。24日，志愿軍第12軍軍部和下屬的2個師、第27軍主力和第60軍所屬的第180師被截斷在三八線以南，志愿軍司令部所在地一時也受到嚴重威脅。

　　面對意外出現的嚴重局面，被截斷的志愿軍指戰員大都表現出英勇頑強的戰斗作風，突圍堅決的部隊獲得了成功。在突發情況面前，也有些部隊因處置不當損失較大。從27日以后，中朝軍隊展開8個軍實行阻擊，中朝軍隊決定在后方準備建立三道防線，并從國內調第20兵團入朝。敵軍因在進攻中損失很重，又畏懼中朝軍隊反擊而不敢過遠深入，于6月10日全線轉入防御，至此第五次戰役結束。

　　第五次戰役歷時50天，中朝軍隊共殲敵8．2萬人，中朝方面有較大的作戰損失。