“联合国军”遭打击后，虽已发现志愿军入朝参战，但认为中国是象征性出兵，故以美英军接替南朝鲜军，继续向中朝边境推进。10月31日，英第27旅进至定州、宣川，美军第24师进至泰川、龟城，骑兵第1师北调云山、龙山洞地区接替南朝鲜军第1师继续北进，第2师进至安州地区作为第8集团军预备队。南朝鲜军则收缩防线，屏护美军右翼安全。志愿军领导人决心采取侧后迂回、结合正面突击的战法，以第38军沿清川江左岸向院里、军隅里攻进，断敌退路，以第40、第39、第66军对当面之敌展开攻击，先打南朝鲜军，而后视情歼灭美英军部队，力争在清川江南北地区各个歼灭敌人。各军按统一部署，于11月1日黄昏发起攻击。第39军向云山发起进攻，至3日夜，歼灭美骑兵第1师第8团大部和南朝鲜军第1师第15团大部，重创美军骑兵第1师。第40军经石仓洞、曲波院攻击前进，逼近宁边；第38军经球场沿清川江左岸攻击前进，占领院里地区，对西线联合国军侧后构成威胁；第66军主力进至龟城以西、以北地区，将美军第24师先头团阻于大安洞以南；第50军第150师由安东渡江后进至新义州以南，准备阻击进至南市洞的英军第27旅。美军第8集团军遭到志愿军连续突击，且侧后受到严重威胁，被迫于11月3日开始全线撤退。志愿军转入追击作战。

4日，第39军主力在上杨五里歼英军第27旅1个榴弹炮兵营；第40军在龙渊洞歼美军1个加强连；第38军攻占军隅里东北龙登里、飞虎山等地后受阻，配属该军作战的第42军第125师占领德川；第50军前出至铁山、古军营洞地区；第66军逼退美军第24师。“联合国军”除以一部兵力扼守清川江北滩头阵地外，主力全部撤至清川江以南，并占领沿江有利阵地。志愿军为保持主动，于5日停止进攻，结束西线作战。