然而，志愿军渡江后，情况发生了很大变化，完全不是设想的那个样子。麦克阿瑟改变了东西对进的计划。美军和南朝鲜军分散为东西两路，大举北进，速度甚快，直向中朝边境逼近。原定的阻敌方案，即在平壤元山一线防御6个月以后再进攻的作战部署，已经不适用了。
    根据敌情的变化，毛泽东迅速改变作战部署。10月21日凌晨2 时30分，他致电影德怀等，正式下达第一次战役的部署。他看出麦克阿瑟在战略判断上犯了一个大错误，即"美伪均未料到我志愿军会参战，故敢于分散为东西两路，放胆前进"。他断定，"此次是歼灭伪军三几个师争取出国第一个胜仗，开始转变朝鲜战局的极好机会"。（注：《毛泽东军事文集》，第6卷，军事科学出版社、中央文献出版社1993年12 月版，第128～129页。）过了一个小时，毛泽东又电告邓华等："现在是争取战机问题，是在几天之内完成战役部署以便几天之后开始作战的问题，而不是先有一个时期部署防御然后再谈攻击的问题。"（注：《毛泽东军事文集》，第6卷，军事科学出版社、中央文献出版社1993年 12月版，第130页。）
    初战必胜。这对于出国作战的志愿军来说尤其重要。出手第一仗能不能打胜，这将决定志愿军入朝后能不能站得住脚。在那些日子里，毛泽东过着十分紧张的生活。据他的机要秘书回忆，有一段时间，毛泽东半个多月没有下床，就在床上工作、吃饭，睡眠极少。他每天批阅大量材料，有来自前方的电报，有来自各方面的情报，一个接着一个，这些电报材料都以最快的速度送到毛泽东手里。战场上的情况瞬息万变，毛泽东要根据各方面的情况加以分析，很快作出决断，指导前方作战。
    这一年，毛泽东57岁，精力十分充沛。
    毛泽东在指导第一次战役部署中，对于如何打开朝鲜战局，指导方针逐步考虑成熟。他在10月23日复彭德怀的电报中指出：朝鲜战局，就军事方面来说，决定于三点。第一，目前正在部署的战役是否能利用敌人完全没有料到的突然性全歼两个三个甚至四个伪军师。此战如果是一个大胜仗，则敌人将被迫作重新部署，立即处于被动地位；如果这次突然性的作战胜利不大，使我不得不于阵前撤退，则形势将改为于敌有利。第二，敌人飞机杀伤我之人员，妨碍我之活动究竟有多大。如果我能利用夜间行军作战做到熟练的程度，则我军可以继续进行野战及打许多孤立据点，如此便有迫使美国和我进行外交谈判之可能；如果敌人飞机对我的伤亡和妨碍大得使我无法进行有利的作战，则在我飞机条件尚未具备的半年至一年内，我军将处于很困难的地位。第三，如果美国再调五个至十个师来朝鲜，而在这以前我军又未能在运动战中及打孤立据点的作战中歼灭几个美军师及几个伪这师，则形势也将于我不利；如果相反，则于我有利。以上这几点，均可于此次战役及尔后几个月内获得经验和证明。总之，我们应在稳当可靠的基础上争取一切可能的胜利。（注：《毛泽东文集》第6卷，人民出版社1999年6月版，第107～108页。）
    毛泽东提出的这个战略的和战役的指导思想，对于志愿军取得第一次战役以及以后几次战役的胜利，具有重要意义。
    敌进甚速。南朝鲜军很快进到清川江附近，而志愿军主力离预定开赴的地区却相距尚远。10月23日，毛泽东电令邓华等第十三兵团领导人迅速与彭德怀会合，在彭领导下决定战役计划，并嘱："敌进甚急，捕捉战机最关紧要。"（注：《毛泽东军事文集》，第6卷， 军事科学出版社、中央文献出版社1993年12月版，第148页。）
    彭德怀研究了敌情，感到在敌人以师、团、营为单位分兵冒进的情况下，要想采取集中兵力聚而歼之的办法有许多困难，搞不好会贻误战机。到25日，西线南朝鲜军已进至北纬40度线以北的博川、龙山洞、云山、温井、松木洞、熙川一线，逼近志愿军第四十军。歼敌任务已刻不容缓。
    10月25日上午，南朝鲜军一个加强营由温井（距离彭德怀的指挥所所在地大榆洞仅隔十几公里）向北镇进犯，被志愿军第四十军一个团以拦头、截尾、斩腰的战术，将其大部歼灭，揭开了抗美援朝战争的序幕，打响了震惊世界的中国人民志愿军抗美援朝战争的第一仗。中国人民一直把这一天作为中国人民志愿军赴朝作战的纪念日。
    但是，南朝鲜军仍然分兵冒进，其中一个团的一部已经到达距中朝边境只有几公里的楚山，向中国境内炮击。27日，这个团发现处境不妙，立即调头南撤，途中被志愿军包围。熙川以南的南朝鲜军两个营为了接应该团南撤，与志愿军在温井以东地区交战。29日，志愿军一个军将这两处朝鲜军大部歼灭，取得初战胜利。
    南朝鲜军与中国人民志愿军交战失利，但麦克阿瑟对志愿军兵力仍然估计不足，满不在呼，以为中国只是象征性的出兵，继续命令后续部队向中朝边境推进。
    10月底，号称"王牌军"的美军第一骑兵师一个团，冒进北渡清川江到达云山。11月1日至3日，志愿军部队将其大部围歼于云山。同时阻击部队又在云山以南击溃该师的另一个团，击毙该团团长。云山战斗，首创以劣势装备的志愿军歼灭现代化装备之敌的先例，狠刹了一下"王牌军"的威风。
    美骑一师在云山遭到重创，使美第八集团军司令沃克为之震惊。11月3日凌晨，敌人在飞机、大炮和坦克的掩护下全线撤退。
    彭德怀当即下令，追歼逃敌。4日， 歼灭英军一个榴炮营和美军一个加强连。但是，靠两条腿跑路的志愿军，毕竟跑不过机动能力很强的机械化部队。至3日黄昏，敌军主力已全部撤到清川江以南。
    根据敌我态势，彭德怀于11月4日15时致电毛泽东， 提出休整部队，结束第一次战役，准备再战。5月1时，毛泽东复电同意，并提出组织第二次战役的指导思想。
    第一次战役，志愿军经过13个昼夜艰苦作战，歼敌1.5万余人， 把敌人从鸭绿江边赶到清川江，初步稳定了朝鲜战局。