第12军突破后，在三巨里、自隐里地区歼南朝鲜军第5师第35团一部、美军第2师2个营、法国营大部。19日，志愿军第12、第27军和人民军第5军团各一部向南发展进攻,于20日进至束沙里、皮木亭一线。第3兵团(第15、第60军，附第39军主力)向九城浦里突击，负责割裂美军与南朝鲜军的联系和阻击美军第10军，使其不得东援。第15军于17日晨攻占沙五郎峙等地，18日在大水洞地区歼美军第2师第38团团部及第1、第2营大部;第60军19日攻占洪川江以北法所里地区,使美军第7师不得东援。第19兵团及人民军第1军团在高阳至加平宽大正面上向议政府以南水落山及汉江以北磨石隅里、清平川地区进攻，并于17日攻占上述各地，有力地牵制了“联合国军”主力，保障东线进攻作战的胜利。
     20日，东线南朝鲜军在中朝人民军队连续五昼夜的突击下，撤至九城浦里、丰岩里、下珍富里地区。美军第10军主力逐次东移。美军第3师由京安里东调至丰岩里、下珍富里地区，堵住战役缺口。南朝鲜军第2军团第8师由大田北调平昌，建立纵深防御。至此，又形成东西相联的完整防线。中朝人民军队经过连续作战，粮弹将尽，继续进攻已有困难，加之西线美军已开始进攻，为保持主动，遂于21日结束第二阶段作战。
     移师“三八线”附近中朝人民军队为争取主力集结休整，总结作战经验，造成尔后有利态势，决定主力北移“三八线”南北地区。为掩护主力转移和休整,各兵团留1个师至1个军的兵力,进行运动防御，迟滞敌人前进。5月22日黄昏，第39、第15军开始转移。23日晨,“联合国军”集中4个军13个师的兵力，实施全线反扑。以摩托化步兵、炮兵、坦克组成的“特遣队”为先导，在航空兵掩护下，主要沿汉城至涟川、春川至华川、洪川至麟蹄公路，多路向北推进。
     中朝人民军队由于对“联合国军”迅速实施全线反扑估计不足,转移的组织计划不够周密,担任运动防御的部队，有的尚未进入防御地区，有的虽已进入但未很好控制要点与公路，组织有效的交替掩护，以致全线出现多处空隙，使“联合国军”的“特遣队”得以乘隙而入。志愿军有的部队被隔于敌后。24～27日,第27军主力在麟蹄、县里地区展开，英勇抗击美军第2师、空降第187团、南朝鲜军第5师的进攻，将其阻于昭阳江南北地区，有力地掩护主力转移。第60军第179、第180师在春川方向北汉江两岸地区顽强抗击美军第7师、陆战第1师、南朝鲜军第6师的进攻;因敌乘隙突入，第180师在驾德山地区几乎陷入敌人全面包围，突围时由于指挥失误和组织接援不力，部队遭到重大损失。被隔于深远敌后的第12军第31师第91团，由于指挥员沉着坚定，机智灵活，带领部队绕道翻越雪岳山，胜利撤回，与主力会师(见三巨里撤退)。