12月31日，17时，中国人民志愿军和朝鲜人民军全线发起进攻。志愿军右纵队在人民军第1军团的配合下，迅速突破南朝鲜军的防御阵地。第39军第116师仅用13个小时就突过临津江，前进12至15千米。该军第117师担任纵队的右翼迂回任务，沿途打破南朝鲜军的五次拦阻，于1951年1月1日晨，突入防御纵深15千米，攻占湘水里、仙岩里地区，割裂了南朝鲜军第1师与第6师的联系。第38军第114师担任纵队的左翼迂回任务，于1日12时，突入防御纵深20千米，占领七峰山，但在与第117师构成合围前，南朝鲜军第6师大部已乘隙逃走。

战至2日中午，志愿军右纵队和人民军第1军团推进到坡州里、仙岩里、七峰山及议政府东北一线，突入敌军防御纵深达15至20千米。志愿军左纵队突破后，担任迂回任务的第42军第124师，沿途进行大小战斗十余次，于1日12时,前出到达济宁里以南地区，切断了南朝鲜军第2师的退路。担任正面攻击的第66军主力，至2日,先后占领修德山、上南淙、下南淙地区，在第124师协同下，歼灭了该地区的南朝鲜军第2、第5师各一部共3200余人。随后左纵队乘胜发展进攻，占领加平、春川。人民军第2军团主力、第5军团第12师向洪川、横城、原州方向攻击前进，第12师于31日晨,进至洪川西南，威胁了南朝鲜军后方，迫使其第3师南撤。至1月2日，“联合国军”在三八线既设阵地的防线全面崩溃。

李奇微被迫于1月3日晨，下令：全线撤至汉城以南组织防御。1月3日，志愿军和人民军转入追击作战。志愿军右纵队第50军，在高阳以北碧蹄里，击退美军第25师1个营的抵抗后，进至高阳以南的佛弥地截断了英军第29旅退路。并于当晚，全歼该旅的皇家奥斯特来复枪团的第1营及1个坦克中队。第39军在议政府西南的回龙寺与美军第24师第21团遭遇，歼其一部，后又在议政府以西的釜谷里歼英军第29旅两个连。第38、第40军追至议政府东南的水落山地区，击溃美军第24师第19团。左纵队第42军主力和第66军1个师分别由加平、春川渡过北汉江向洪川方向追击。人民军第2、第5军团则继续在洪川、横城地区截击南朝鲜军。“联合国军”被迫于3日15时，开始撤离汉城。