朝鲜战争爆发时，周恩来任政务院总理，还兼任中央军委主持常务工作的副主席。在这危急关头，周恩来受毛泽东委托，主持中央军委会议，直接领导东北边防军和中国人民志愿军的组建，参与抗美援朝的决策。周恩来还具体部署志愿军部队进入朝鲜，事无巨细，悉心关照，并按照斯大林的意见，“统一指挥”中朝部队，保证了抗美援朝决策的贯彻实施。周恩来的参与决策和亲力亲为，是举世瞩目的抗美援朝战争能够获胜的重要因素。

组建东北边防军
    1950年7月1日，美国首批参战部队在釜山登陆。7月7日，根据毛泽东的提议，由周恩来主持中央军委会议，研究保卫国防、组建东北边防军问题。
    根据美国军队武装侵略朝鲜的新形势，为防患于未然，应付最坏情况的发生，周恩来传达了中共中央、毛泽东关于成立东北边防军的决定。会议初步商议了边防军所辖部队与部署、指挥机构设立以及领导人选配置、政治动员与后勤保障、车运计划与兵员补充等相关问题。
    7月8日，周恩来接见定于当日出发赴朝鲜的中国驻朝鲜大使馆政务参赞柴军武一行。他指出，现在美国地面部队已经在朝鲜参战，美帝国主义必纠结更多的国家出兵，所以朝鲜战争长期化很难避免，这就会带来影响全局的一系列复杂问题。现在朝鲜人民处在斗争的第一线，要向朝鲜同志表示支持，看有什么事情需要我们做，请他们提出来，我们一定尽力去做，保持两党两军之间的联系并及时了解战场的变化。
    当天，周恩来约见海军司令员兼政治委员萧劲光，介绍中央在朝鲜内战爆发后对时局的估计和对策。他指出，我们看待当前国际形势，只有坚持“惧无根据，喜不麻木”的态度，才是正确的。目前，我们在外交上要谴责美帝国主义侵略台湾，干涉中国内政;在军事上陆军继续复员，加强海军、空军建设，推迟解放台湾的时间。
    7月10日，根据毛泽东的指示，周恩来再次主持中央军委会议，最后商定组建东北边防军的各项问题。
    根据7日、10日两次会议精神，中央军委于13日作出《关于保卫东北边防的决定》：一、抽调第13兵团(包括第38军、39军、40军)，第42军，炮兵第1师、2师、8师和一定数量的高射炮兵、工兵、战车部队组成东北边防军。这些部队最迟限于8月5日前抵达指定地点，完成集结。二、以粟裕为东北边防军司令员兼政治委员，萧劲光为副司令员，萧华为副政治委员，李聚奎为后勤司令员。三、以15兵团领导机关为基础组成13兵团领导机关，以邓华为司令员，赖传珠为政治委员，解沛然(解方)为参谋长，杜平为政治部主任。
    13日，周恩来将《关于保卫东北边防的决定》送毛泽东审查并函告《决定》起草的简况，毛泽东当天批示：“照此执行。”
    这样，东北边防军宣告正式组建。周恩来以中央军委常务副主席的身份直接领导东北边防军的组建工作，对东北边防军领导机构的组成、抽调部队、运输组织、整训工作、武器装备调整和兵员补充、后勤供应等都有具体细致的落实方案，组建工作按部就班、有条不紊。
    组建东北边防军本来是应对朝鲜内战，未雨绸缪，有备无患。但是，朝鲜战场上朝鲜人民军被美军遏制了攻击势头，由优势转为劣势，动用东北边防军的可能性在增大。
    至9月初，周恩来多次召集中央军委有关部门开会，商谈加强东北边防军的问题，并起草《关于加强边防军的计划》。决定将东北边防军兵力逐渐增加到11个军36个师。《计划》对边防军兵员补充、武器调整、弹药补充和后方勤务等重要事项作了详细规定。
    周恩来还就组建更多的空军作指示：空军要设法在航空学校第二期学员毕业后，即组建一个建制为3个团的喷气式歼击机航空师。
    协助毛泽东决策
    9月15日拂晓6时30分，美军第一陆战师所属第五陆战团首先在朝鲜半岛蜂腰部的仁川登陆。16日，洛东江前线美韩军共10个师大举反攻，朝鲜人民军进攻釜山失败，战局急转直下。
    10月1日，南朝鲜军队越过三八线，麦克阿瑟狂妄地向朝鲜发出“最后通牒”，要朝鲜人民军无条件“放下武器，停止战斗”。
    同一天，斯大林给中国领导人发来要求中国出兵的电报，希望中国立即派出至少五六个师到三八线，以便朝鲜组织起保卫三八线以北地区的战斗。深夜，金日成紧急约见中国驻朝大使倪志亮，向中国政府提出出兵请求。金日成还派出特使、劳动党中央常委、内务相朴一禹赴京，送来请求中国出兵援助的亲笔信。
    接到金日成请中国派出援军的请求，毛泽东无法入眠，叫秘书打电话通知朱德、刘少奇和周恩来来一趟，商量对策。大家一直谈到天空泛白，对调动中国部队入朝参战有了初步方案。毛泽东说：“恩来，这一仗，看来是躲不过去喽，我们要把我们的想法与斯大林同志报告一下，必须要取得他的支持!”
    周恩来对毛泽东说：“主席，你看，我们可以发个电报给斯大林，电报是不是这样说—在目前的情况下，我们决定将预先调至东北的12个边防师于10月15日开始出动，抵达北朝鲜的适当地区，不一定要到三八线，主要目的是遏制进攻三八线以北的敌人，打防御战，歼灭小股敌人，弄清各方面情况，以等候苏联武器的到达。苏联武器到达我军装备起来后，我军即可配合朝鲜同志举行反攻，歼灭美国侵略军。”毛泽东表示赞同。
    一夜未眠，10月2日，毛泽东立即主持召开中央政治局扩大会议，讨论出兵援助朝鲜的问题。
    在政治局扩大会议上，毛泽东吃惊地发现，他认为出兵朝鲜已经是十万火急的事了，但对出兵朝鲜持怀疑和反对态度的同志不在少数，会议没有能够形成决议，因此决定10月4日再召开政治局扩大会议，讨论出兵朝鲜作战问题。周恩来受毛泽东委托，派飞机至西安接彭德怀到北京开会。
    10月3日，金日成再次请求中国出兵援助。
    10月4日—5日，毛泽东继续主持召开中央政治局扩大会议。
    在4日上午的会上，毛泽东说：“别人处于国家危急时刻，我们站在旁边看，不论怎么说，心里也难过。”但大家对出兵朝鲜意见还是不能一致。
    下午开会，周恩来表态支持出兵。而这次会议上，支持出兵态度最坚决的是彭德怀，他对出兵援助朝鲜问题早已经过反复考虑，胸有成竹。他对毛泽东说：“出兵援朝是必要的，打烂了，最多就等于解放战争晚胜利几年就是了。”
    最后，政治局经过充分讨论，认为大敌当前，情况危急，咬着牙也得打这场战争，已经没有多少回旋余地。会议终于统一认识，作出了“抗美援朝、保家卫国”的战略决策。
    为贯彻落实中国人民志愿军入朝作战的重大战略决策，10月6日，周恩来主持召开党政军高级干部会议，研究部署志愿军入朝作战事宜。会上，周恩来强调了出兵决策的正确性，他说：“现在不是我们要不要打的问题，而是敌人逼着我们非打不可。我们的自卫是正义的，正义战争最后一定会胜利的。现在朝鲜政府一再要求我们出兵援助，我们怎能见死不救呢?党中央、毛主席决心已定，因此现在不是考虑出不出兵的问题，而是考虑出兵如何争取胜利的问题。”
    周恩来接着指出，美国虽有强大的经济实力和军事力量，但它侵略成性，没有人民的支持，失道者寡助，在政治上是孤立的，在本质上是虚弱的，是外强中干的“纸老虎”;在军事上，战线太长，后方太远，兵力不足，士气不高，同盟者内部矛盾重重。因此，在朝鲜人民处境危急，我国受到严重威胁的时刻，我们尽管有许多困难，也决不能坐视不顾。出兵参战，既是朝鲜人民利益和世界人民利益的需要，是社会主义阵营的需要，也是中华民族当前和长远利益的需要。因此，只有出兵参战才是积极而正确的决策，“参战利益极大，不参战损害极大”。
    10月7日，美军大举越过三八线，长驱直入，一直把战火烧到鸭绿江边。撤退下来的一小部分朝鲜部队退到中朝边界地区，眼看就要被美军赶过鸭绿江，朝鲜人民民主共和国危在旦夕。
    三八线，是中国领导人决定出不出兵的一条底线。一旦美军越过三八线，中国势必出兵。
    8日，毛泽东以军委主席的名义发布了《关于组成中国人民志愿军的命令》，任命彭德怀为中国人民志愿军司令员兼政治委员。
    与苏联谈判
    10月8日，周恩来受毛泽东和中共中央委托，与前往苏联治疗休养的林彪一起飞往莫斯科。次日，在布尔加宁的陪同下，再飞苏联黑海之滨的克里米亚，与正在那里休假办公的斯大林等苏共领导人商谈中国出兵抗美援朝、争取苏联给予中国武器装备援助及向志愿军提供空中掩护的问题。
    周恩来是谈判高手，确定的会谈策略是：中国能不能出兵，关键要看苏联的军需后勤提供是否有保障。中国经济百废待兴，抗日战争加解放战争已经打了11年，军队是成长起来了，作战经验丰富，但军备不足，要与美国打的是一场现代立体战争，毛泽东的观点是战之要胜，如果打不胜，这场战争就不能打。打胜，中国人民志愿军的战斗力应该没有问题，最可担心的就是军备供应，而这只能要求斯大林出大力气了。
    因此，周恩来此行，就是要求苏联出动航空兵给志愿军提供足够的空中掩护，帮助志愿军掌握制空权。
    周恩来是务实的，在与斯大林见面后没有唱高调，没有痛快表态中国准备出兵，而是充分提出这场战争的重重困难。更何况，中苏刚签订了《中苏友好同盟互助条约》，血与火的考验来了，周恩来要试试斯大林这个“同盟”者的决心有多大，是不是真的敢于抛洒热血、义不容辞。
    在10月10日的会谈中，斯大林说，北朝鲜最多还能撑一周时间。周恩来强调了出兵的困难性，他说，中共中央政治局会议讨论朝鲜局势和出兵援助朝鲜的问题，出兵，是在苏联能够迅速提供中方所需的装备前提之下，中国军队特别需要的是苏联提供空中掩护。同时，需要苏联援助中国军事装备，提供各种类型的武器弹药，还要提供陆军轻武器的制造蓝图供中国仿造;反之，如果这方面的条件得不到保证，要中国出兵就显得比较为难。参加会见的林彪本来就不愿意打这一仗，当然也心照不宣，附和周恩来的观点，一起强调出兵困难。
    斯大林皱起了眉头，心中很不痛快，本来他认为周恩来、林彪是来向苏联通知出兵的，怎么还会有这么多讲究?
    10月11日，周恩来与斯大林又进行了整整一天的会谈。斯大林表示愿意提供16个志愿空军团协同中国人民志愿军作战，但要苏联立即出动空军协同志愿军作战有困难，原因是苏联远东空军还没有准备好，要能够作战，需要有两个月至两个半月时间才能装备起来，并询问能不能由苏方提供战机，由志愿军来组建自己的空军?
    周恩来很明白，斯大林还是不想苏联直接卷入，便直率地否定了斯大林的这一主张，他浓眉一挑，对斯大林说，这样做是不太行得通的，将飞机接运到中国，本身就是一件困难的事，况且，中国也没有航空兵，要中方人员现在驾驶作战飞机投入战斗，不太可能，何况还有一个由中方付款的问题，这在财政上更会带来很大问题，必然极大地影响中国的经济恢复和建设工作。
    斯大林闷闷地听着，摇摇手说：“你说得有道理，但苏联的情况明摆着，不可能直接进入朝鲜作战，苏联完全可以满足中国所需要的飞机、大炮、坦克等军事装备，但苏联空军没有准备好，须两个月或两个半月才能出动。”
    周恩来还想作最大的争取，对斯大林的“结论”不置可否。这次会议结论分别打电报正式通知北京和平壤。
    争取苏联空军掩护不过是一个减少牺牲、增加胜算的额外条件，而非毛泽东考虑参战的必要条件。周恩来在与斯大林的谈判周旋中，很好地把握了毛泽东这一决策的精神，既维护民族利益，又体现了国际主义精神。
    周恩来向斯大林提出8个问题请求答复，其中有苏联政府除派出志愿军空军参加朝鲜的作战外，可否加派掩护空军驻扎于中国近海的各大城市?苏联政府的援助，除飞机、坦克、炮类及海军器材外，中国政府还请求在汽车、重要工业兵器及其他兵工器材方面，也给予信用订货的条件，并随电附上中国政府第一批关于各种炮类及附属器材的订货单。
    周恩来于10月18日返回北京，当天出席毛泽东主持的再次研究出兵援朝等问题的中共中央会议。会上，周恩来介绍了同斯大林、莫洛托夫等会谈的情况。
    10月18日，“联合国军”占领平壤。当晚21时，毛泽东电令邓华等13兵团领导同志：“4个军及3个炮师按预定计划入朝作战，自明晚从安东(今丹东)和辑安(今集安县)开始渡鸭绿江”。
    10月19日，中国人民志愿军第42军率先从辑安渡过鸭绿江，后续部队从安东、河口(即宽甸县长甸镇河口)以及辑安入朝作战。为了保密，渡江部队每日黄昏至次日凌晨4时行动，5时以前隐蔽完毕。
    是时，美军已经占领了平壤，朝鲜政府迁往江界市。南朝鲜陆军第六师的部队已进抵鸭绿江畔楚山郡，美国空军飞机多次进入中国领空轰炸丹东市附近的机场与交通线。美军消灭朝鲜似乎就在眼前了，但他们不知道中国人民志愿军已经开进朝鲜，迎面而来!
    斯大林得知中国人民志愿军已经入朝，感动得掉下了眼泪，连声说，还是中国同志好，中国同志好。
    组织抗美援朝
    鉴于以美军为首的“联合国军”大举北上，直扑中朝边境，毛泽东决定中国人民志愿军渡江后放弃原先与彭德怀议定的防御战计划，改为在运动战中歼灭敌人的方针。
    周恩来立即进行全国社会和舆论的总动员。10月21日、23日，周恩来邀郭沫若、马叙伦、章伯钧、王昆仑座谈抗美援朝问题，听取他们的意见，并回答问题，指出：一部分人中存在着亲美、崇美、恐美和对中朝两国力量估计不足的错误思想。通过此次座谈，大家取得了抗美援朝问题的共识。
    10月24日，周恩来在政协第一届全国委员会常委会第十八次会议上作题为《抗美援朝，保卫和平》的报告，他指出，由于美帝国主义的侵略和干涉，朝鲜民主主义人民共和国正处在困难时期，我们如坐视不救，敌人必然继续前进，咄咄逼人，直到鸭绿江边，然后再做第二步文章。所以，我们要理、要管。只有管，才能使敌我力量的对比发生变化，让它知难而退，然后可以解决问题。不过，我们在国内要镇压敌特的捣乱破坏，巩固广大人民内部的团结，经济建设不能停止，重工业要有重点地恢复，水利、铁道、纺织这几个方面的建设要毫不动摇地进行，并且要照顾到人民生活的改善。
    强龙出击，气势如虹。10月25日，中国人民志愿军第40军第118师在北镇突然对敌军发起攻击，打响了入朝作战的第一枪，用了一个多小时便占领了温井，歼灭敌军。志愿军首战告捷，将美韩军队击退数十公里，中朝边境的压力顿时减轻。
    到11月，苏联远东空军准备完毕，开始飞到朝鲜北部上空作战。朝鲜人民军退到中国境内的部分主力部队也整编完毕，准备投入作战，朝鲜空军也有一部分部队可参加作战。而迅速组建的中国人民志愿军空军也开始升空，可以边训练边参加实战了。于是，中、朝、苏三方作战部队的协调指挥成了作战中必须解决的问题。
    11月中旬，毛泽东致电斯大林，建议由金日成、彭德怀和苏联驻朝鲜大使斯蒂科夫组成三人小组，统一指挥中、朝、苏三方部队在朝的作战。斯大林复电表示同意并提议这个三人小组应“由中国周恩来统一指挥”，并将同一电报发给金日成和苏联驻朝鲜大使斯蒂科夫。从此，周恩来肩负起中、朝、苏三方部队在朝鲜作战的协调指挥重任。
    11月15日晚，周恩来会见斯大林私人代表沙哈罗夫，得其报告：斯大林来电建议，为增强苏联空军在中国志愿军后方对美空军的作战，拟增派120架“米格-15”喷气式飞机，分两批来华，增加到别洛夫空军师中，并由此成立军一级的指挥机构。周恩来与沙哈罗夫确定：苏联空军除使用安东、鞍山、辽阳、沈阳的机场外，并在安东附近再修一个机场供其使用。
    周恩来把战争的方方面面问题全部考虑到了。一是做好做实东北后勤保障工作，动员各方力量投入保障。二是于11月初指示相关部门，立即着手建立第一批共有10万床位的医院，明年一季度再建第二批10万床位的医院，为收治志愿军伤病员做好充分准备。三是协调各民主党派发表宣言，阐明中国人民对于朝鲜问题的严正立场：誓以全力拥护全国人民的正义要求，拥护全国人民在自愿的基础上为着抗美援朝保家卫国的神圣任务而奋斗。四是为了防止美国军队对中国发动大规模的空袭，指示相关部门协调建立全国性防空组织，除北京外，各大行政区，主要是沿海的东北、华北、华东、中南也都要建立，建立健全大城市、工矿企业的防空措施。五是开展支前运动，向东北地区增派干部，加强力量。六是叮嘱志愿军司令部注意防空安全，指示：“为保证志司指挥部机关及其领导同志的安全，中央责成志司党委应形成决议，规定志司驻地应经常变动，电台应分散安置，防空洞必须按标准挖好，并布置地下办公室。凡遇敌机来袭，负责同志必须进入地下室，任何同志不应违背。”
    周恩来主持成立中朝联合司令部，统一作战指挥。12月上旬，周恩来受毛泽东委托，与金日成在北京协商，确定组成中国人民志愿军和朝鲜人民军联合司令部的人员，由彭德怀任司令员兼政治委员，金雄(朝方)任副司令员，朴一禹(朝方)为副政治委员，统一指挥朝鲜人民军和中国人民志愿军在朝鲜境内一切作战及其有关事宜，联合司令部的一切命令均经朝鲜人民军总司令部及中国人民志愿军司令部下达。经周恩来与金日成协商，在联合司令部之下，于1951年3月中旬和8月上旬，又先后组成了中朝空军联合司令部和战时管理朝鲜境内铁路运输的中朝联合铁道军事运输司令部，解决了中朝两军作战的统一指挥问题。
    有周恩来的悉心协助，毛泽东指挥抗美援朝战争的每一步就显得十分得心应手。毛泽东几乎每天都要拍电报给彭德怀，对他的汇报进行答复，对前线情况进行分析，对彭德怀的作战计划予以定夺，并在总体战局上作出预判和决策。
    从1950年10月至1951年5月，先后进行了5次大战役，中朝部队共歼敌23万多人，把侵略者赶回到“三八线”以南，保证了朝鲜民主主义人民共和国的继续存在。
    值得一提的是，在周恩来的交涉下，苏联终究是给予了积极支持，也作出了相当的牺牲。在两年零8个月的朝鲜大空战中，苏联空军先后有12个飞行师、2个高炮师、1个航空技术侦察师先后从中国境内出击朝鲜上空参战，参战总人数72,000人，1952年一年就达26,000余人。苏联空军共击落美国各种飞机1300多架，其中有200架“超级空中堡垒”—B-29型轰炸机，共牺牲了135名飞行员。苏联还向中国提供了64个陆军师、22个空军师的武器装备。
    也正是因为朝鲜战争的鲜血凝成的友谊，中苏关系紧密起来，从1952年起苏联开始大规模援助中国建设全面的工业体系，这些援建项目以及1954年定下的几十个工业项目被合称第一个五年计划期间苏联援助中国的156个重点项目，为中国冶金、石油、矿山采掘、煤炭、发电、电力装备、机械制造、纺织、造纸、制糖、航空、航天、交通、国防兵器制造等方面的发展打下了坚实的基础，中国从此开始了门类齐全的工业化建设。