1950年12月31日，三八线附近寒风凛冽，大雪纷飞，气温骤降。
16时40分，志愿军的炮火准备开始了，一发发炮弹呼啸着飞向对岸敌军的阵地。顿时，江对岸腾起一片火光和烟雾。
短促的炮火准备之后，在西起临津江口、东至麟蹄的200多公里宽大公里正面上，志愿军和人民军向“联合国军”在三八线的防御阵地发起进攻。
志愿军右纵队第39、第40军、第38军各担任突破任务部队的指战员在高浪浦里至永平地段上，冒着敌人炮火的封锁，奋勇踏冰（部分部队徒涉）向临津江和汉滩川南岸攻进。
临津江和汉滩川南岸是天然峭壁，南朝鲜第1、第6师依托既设阵地，凭险据守，敌防线前沿布满了铁丝网和地雷。志愿军右纵队过江后，冲破重重阻碍和火力封锁，一举突破敌防御前沿，继续向敌防御纵深发展进攻。
“现在发起冲锋！”第39军第116师副师长张锋向突击部队下达了命令。几乎同时，几千名战士跳出交通壕，呐喊着向江面冲去。
张锋下达完命令后，立刻走出掩蔽部，站在小山上观察这一壮观的场面。临津江上一片火光闪烁，战土们在炮弹爆炸的火光中踏冰向对岸冲去。突然，在江南的沙滩上腾起一片火光和烟柱，左翼连的冲击地段上地雷爆炸了。地雷一串连着一串，从北向南，迅速地爆炸着。前面的战士倒下了，后面的战士并没有停止，仍然向前奔跑。
在一连串的爆炸之后，后面的部队冲到了对岸的悬崖边，架起了云梯。紧接着，在敌阵地上响起了一片手榴弹的爆炸声，悬崖上闪起一片火光。三颗红色信号弹升上天空。
“突过去了！突过去了！”张锋掩饰不住内心的激动，跑进掩蔽部，用电话向师长报告：“我们已占领南岸敌第一道堑壕！”
“好！迅速扩张战果，保障二梯队进入战斗！”
第39军在新垡、土井地段突过临津江后，迅速从南朝鲜第1师防御正面突入。经过一夜的激战，于1951年1月1日拂晓前突入敌防御纵深约10公里，占领了大村、武建里地区，并有力地策应了第50军的渡江。
第40、第38、第50军于1日分别占领安兴里、新邑里、紫长里等地区。
永平至马坪里地段敌防御正面狭小，纵深内山川交错，森林密布，白雪皑皑，两侧依托临津江和北汉江。志愿军左纵队第42、第66军准备突破这一地段。
第42军突破南朝鲜第2师前沿阵地后，经一夜激战，于1日拂晓前占领道城岘、蛾洋岩。
该军担任迂回任务的第124师占领道城岘后，不顾山高雪深，不怕敌机威胁，于昼间继续突击，大胆猛进，沿途打破敌人10次阻击，于1日12时前出至济宁里以南石长里地区，切断了南朝鲜军第2师的退路，并继续向上、下南淙地区突击。
2日拂晓，南朝鲜第2师第31、第32团和南朝鲜第5师第36团大部及南朝鲜军炮兵一个营由华岳里沿暗川、上南淙、下南淙公路，企图向南逃窜。第124师协同第66军主力全歼该敌，圆满地完成了断敌退路、围歼敌人的任务。
第42军主力1日推进到花岘里、中板里、赤木里地区，歼灭了南朝鲜第2师一个多营，然后继续向加平方向发展进攻，于2日10时占领加平，加平之敌已南逃。2日15时，向春川方向佯攻的第66军第198师占领春川。
第66军突破南朝鲜军第2师和南朝鲜军第5师防御前沿后，克服敌人的重重障碍，翻越冰山雪岭，一举突破了华岳山、高秀岭等阵地。
然后，向南朝鲜军防御纵深发展进攻，先后占领修德山、上红绩山里、下红绩里、上南淙、下南淙地区，在第42军第124师的协同下歼灭了该地区的南朝鲜第2师第31、第32团和南朝鲜第5师第36团大部及南朝鲜军炮兵一个营，共毙伤俘敌3200余人，缴获各种火炮三十余门，胜利地完成了预定任务。为此，志愿军司令部致电祝贺第66军取得的重大胜利。
人民军第2军团四个师和第5军团一个师，于战役发起前越过三八线，分别向洪川、横城、原州方向渗透迂回前进。其第12师于31日晨前进至洪川西南新垡里地区，威胁了敌人侧后，迫使南朝鲜第3师南逃。战役发起后，该2军团的其余部队继续越过三八线，随主力向南攻进。
至此，志愿军六个军在人民军三个军团的协同下，突破了“联合国军”三八线既设阵地，并乘胜向敌纵深发展进攻，彻底粉碎了“联合国军”固守三八线的企图。
南朝鲜军在志愿军的连续突击下，第一道防线已全面崩溃。美军随军记者报道了南朝鲜军争相南逃的情景：
中国军队今年元旦早晨在汉城以北和东北把联合国军击退了好几英里。汉城正北的盟军一个师已完全崩溃。
记者曾看到该师的约300军队在他们原来的阵地以东数英里的路上狼狈南行。记者透露这个被击溃的师是以顽强著称的。
第8集团军在撤退时，将去年12月初以来即已占住的学校、粮库以及茅草屋等焚烧一空。白烟和烧焦了的稻草屑在撤退的路上飘浮，烟雾蔽天，冬日无光。
美第8集团军司令李奇微后来在其回忆录中写道：
元旦上午，我驱车由北面出了汉城，结果见到了一幅令人沮丧的景象。朝鲜士兵乘着一辆辆卡车，正川流不息地向南涌去，他们没有秩序、没有武器、没有领导，完全是在全面败退。有些士兵是依靠步行或者乘着各种征用的车辆逃到这里的。他们只有一个念头——逃得离中国军队愈远愈好。他们扔掉了自己的步枪和手枪，丢弃了所有的火炮、追击炮、机枪以及数人操作武器。
南朝鲜陆军土官学校金明阳在《韩国战争史》中也说：
联合国军士兵扔掉所有重炮、机关枪等支援火器，爬上卡车向南疾驰，车上人挤得简直连个小孩都不能再挤上去了，甚至携带步枪的人也寥寥无几。他们只有一个念头，“把那可怕的敌人甩掉”，拼命跑呀！控制不住的“后退狂”蔓延开了。
1951年1月3日，李奇微被迫下令全线向汉城以南撤退后，美第8集团军在撤离汉城的同时，用汽油、炸弹对汉城、仁川、金浦机场等地进行了疯狂破坏。汉城的学校、医院、图书馆、博物馆等遭到严重的破坏。路透社记者怀特搭乘飞机逃离汉城时，看到“汉城在烟火中燃烧”，“大火在城南50英里处仍可看见”。
彭德怀依据战场形势，当即决定乘胜追击，扩张战果。彭德怀在当日致韩先楚并各军及人民军第1军团首长的电报中指出：
（一）令四十军即派有力支队从清平川附近渡北汉江向杨平侦察前进，查明敌情道路。
（二）估计此役至现在止我伤亡不很大，左纵队及人民军第二、第五军团拟乘胜占领春川、洪川、横城、襄阳、江陵，利用山地分存军需弹，充分准备将来南进。右纵队及人民军第一军团相机占领汉城、仁川、水原、杨平、利川邑，控制飞机场，以便准备南进条件，休整补充，让敌退守平泽、安城、忠州、堤川线以北，亦有利于将来向南进攻。如同意此企图，我主力（两个军）须从清平川附近渡江向杨平推进，渡过南汉江，威胁和相机截击汉城南逃之敌。以第五十军向汉城、水原推进，第一军团以占领汉城及仁川港、金浦机场，担任城防、机场和海面警戒。
韩先楚接电后，认为以第40军从清平川南渡北汉江追击已来不及，于当日10时建议，以第38、第39、第40军集结于汉江北岸休整，第42军扫清北汉江南岸残敌后，即在洪川、横城、杨平地区休整。以第50军过汉江尾追南逃之敌，控制汉江两岸阵地，以利春季攻势。人民军第1军团进至汉城西南、金浦、仁川地区，担负海防。第66军追至汉江南岸，控制桥头阵地，掩护人民军第2、第5军团向敌后插进。
彭德怀基本同意韩先楚的建议，于3日15时回电指出：
你们当面之敌有退汉城南岸，小部控制桥头阵地防守，相机防守或继续南退，须看我军行动决定。请速令四十军以一个师从清平川渡江向杨平攻击前进，占领杨平后威胁汉城南退。三十八军、三十九军、四十军本（三）日晚即在原地休息，积极做从清平川渡江南进准备，具体行动部署须待向杨平挺进之师弄清情况后再行决定。五十军继续向汉城推进，相机占领汉城，如敌继续南逃，则跟踪追至水原为止，并与仁川一军团、杨平四十军之师联络。人民军一军团按前电占领汉城、仁川、金浦（机场）担任警卫不变。
据此，韩先楚副司令员于当日18时令左纵队各部突破美第24师在议政府以南水落山——道峰山防线后，第38军以第113师向汉城东南、第114师向汉城以东，第40军以第118师向汉城东北，第39军以第116师向汉城正北，第50军主力向汉城西及西南攻进，求得在汉江以北会歼美第24师。如美第24师已退，则第50军视情况渡江追击，第39军留一个师负责在汉城城内维持秩序，其余各部迅即撤出汉城，以防美军空袭。各部依此向汉城追击。
志愿军右纵队第50军分两路向汉城方向追击，右路第149师第446团在高阳以北阳碧蹄里击退美第25师一个营，俘获美军20多人。
第446团继续追击，在高阳以南佛弥地，截断了由议政府向汉城方向溃逃的英第29旅的退路。
第39军向汉城方向追击，第116师347团在议政府以西釜谷里歼灭英第29旅两个连。战斗中，第347团第7连担任阻援任务。该连打退敌增援部队的数次猛烈攻击，干部全部牺牲，全连仅剩七人。在这关键时刻，司号员郑起挺身而出，代理连长指挥全连作战。当敌即将突入我阵地时，郑起机智地吹起了冲锋号，敌误以为我发起冲锋，仓皇遗逃。第7连胜利地完成了阻援任务。郑起荣立特等功，获二级战斗英雄称号。
第38、第40军追至议政府东南水落山地区，击遗美第24师第17团，歼敌一部。
志愿军左纵队第42主力、第66军一个师分别由加平、春川渡过北汉江向洪川方向追击。人民军第2、第5军团继续向洪川、横城方向截击南逃之敌。
第42军于4日除以一部向横城搜索前进，侦察敌情外，主力已进至阳德院里——东幕里一带。第66军已进至春川——洪川间地区。
1月4日下午，志愿军第39军第116师和人民军第1军团占领汉城。第50军第149师于当日晚进入汉城。第38军第114师、第39军第117师各有一部侦察分队于4日进入汉城。人民军第1军团进入汉城时与美军一个坦克营发生激战，毙伤俘敌约200人，缴获坦克两辆、汽车46辆。由于“联合国军”和南朝鲜军在撤离汉城时，对这座城市进行了疯狂的破坏，此时的汉城已面目全非，许多建筑物化为瓦砾。
志愿军和人民军进入汉城后，严格遵守政策纪律守则，受到汉城市民的热烈拥护。
1月5日，中国《人民日报》发表社论，对占领汉城表示祝贺。社论同时指出：中国人民志愿军之所以在朝鲜能战胜“武装到牙齿”的美国侵略军，主要是因为他们是为正义人道而战，为爱国主义和国际主义而战，为消灭美国野兽而战，为使朝鲜和中国人民免于屠杀而战：为朝鲜和中国妇女儿童的安全而战。因而他们所到之地，救死扶伤，恢复城镇和乡村，恢复朝鲜人民的和平生活。他们的伟大行动，已受到朝鲜人民的热烈欢迎。