4月22日黄昏，志愿军和人民军各突出集团按照计划，向“联合国军”发起全线反击，敌我双方投入兵力最大的一次战役打响了。
战役发起后，志愿军第40军在军长温玉成、政治委员袁升平指挥下动作迅猛，一夜之间打乱了南朝鲜第6师在白云山以东的部署，占领敌第一线主阵地。接着，他们兵分两路，向敌纵深猛插。第118师354团参谋长刘玉珠，率领第3营，沿途击破敌军五次阻击，前进30多公里，于23日中午提前到达加平东北沐洞里。为了全局的胜利，他们又与数倍于己的美、英军展开激战，阻止了敌军西援。至25日，第40军共歼敌2200余人，胜利完成了的割裂“联合国军”的任务。
第39军经过激战，将美陆战第1师拦阻在北汉江以东地区，使其不能西援。
左翼宋时轮第9兵团突破后发展较为顺利，歼灭美第25、第24师和南朝鲜第6师各一部。25日，主力进占抱川东和东北地区。
右翼杨得志第19兵团扫清临津江西岸之敌后，于23日凌晨先后突破临津江。担任向议政府方向迂回任务的第64军，突破后受阻，未完成迂回切断敌军后路的任务。但该军第190师侦察支队和第569团第3营组成的先遣支队，在二十小时内突破敌军七次拦击，插入敌纵深25公里，于24日下午占领议政府西南的道峰山，并坚守阵地三天四夜，成为插在敌人心脏的一把尖刀。
志愿军第63军第187、第188师冒着敌人的炮火，不顾江水刺骨的严寒，渡过临津江，在第65军一个师的配合下，迅速攻占英第29旅一线防御阵地，并打退敌多次反扑。第188师第564团第7连两个班顽强坚守一座高地，最后只剩下战士陈三一个人。他独身一人顽强作战，打退了200余人的三次反扑，毙伤敌八十余人，守住了阵地。傅崇碧率领军前进指挥所随第187师过江后，令第189师从第187师突破口进入战斗，向纵深发展，协同第187师歼灭英第29旅，向后向议政府方向地进攻，断美第3师的退路。
第63军第187师第561团勇猛穿插，越过15公里崎岖的山路，粉碎敌人数次拦阻，夺占临津江南岸敌纵深第一个制高点、也是敌在雪马里地域防御的要点——绀岳山，将英第29旅和美第3师的联系切断。占领绀岳山之后，第187师调整部署，增加穿插兵力。师长徐信率精干的指挥小组随第561团行动。
第561团第1营向绀岳山西南的沙器幕方向渗透，将绀岳山西北雪马里地区守敌的退路切断。该营第2连6班战斗小组长刘光子在沙器幕山梁搜索前进时，发现山沟里挤了不少敌人。刘光子浑身是胆，只身一人绕到敌人后面，利用岩头的掩护，突然用冲锋枪扫射，又甩出一个手雷，趁烟雾迅速冲向敌群，大喊一声“缴枪不杀”。敌人被突如其来的枪弹声和喊声所震慑，吓得晕头转向，乖乖缴枪投降。后来，排长派人向后方押送俘虏途中，遇美机轰炸，俘虏死伤逃散了一部分，最后清点，还剩下六十三人。刘光子创造了一人俘虏六十三个英国兵的奇迹，荣立一等功，获二级孤胆英雄称号。第187师文工队梁立、吕合、权泊涛将根据刘光子的事迹创造了大鼓《孤胆英雄刘光子》。
4月23日15时，第187师第二梯队第560团奉命加入战斗，在第559团和第561团的协同下，攻歼被包围于绀岳山西北雪马里地区的英第29旅格洛斯特营。
被围的英第29旅格洛斯特营和配属的皇家炮兵第70连、第170迫击炮连C排和部分坦克分队共1000余人。该营是英军有150年历史的王牌部队。在1801年英国远征埃及的殖民战争中，因反败为胜，被英皇特授“皇家陆军”字样帽徽，从此该营官兵都佩带有两枚帽徽，被称为“皇家陆军双徽营”。
24日拂晓，雪马里围歼战打响。第187师以第560团主力前后夹攻，攻占雪马里以北的高地。被围英军遗弃重装备，在纵深炮火的支援下，在晨雾中向南突围，遇到第560团第1营的截击，英军被迫缩回雪马里及235高地。志愿军进一步缩小包围圈。
“联合国军”总司令李奇微急忙飞到朝鲜前线，组织救援。英第29旅派出菲律宾加强营，美第3师派出两个营并加强一个坦克营第一个炮兵营，在航空兵的支援下，分别由东向西救援；南朝鲜第1师第12团在一个重坦克连引导下，由西向东救援，均被志愿军第187师第561、第559团和第189师第566团顽强阻挡。
25日8时，担负主攻任务的第560团发起最后攻击，全歼被围之敌。
雪马里围歼战，志愿军第187师全歼英军第29旅格洛斯特营及配属部队，共毙伤俘敌580余人，缴获坦克十八辆、火炮二十六门、汽车四十八台。英军该营被歼在英国军政当局引起了巨大震动，并增加了美英之间的矛盾。
中路王近山指挥的第3兵团突破后，在涟川周围地区遭到美第3师、土耳其旅的抵抗。第60军一举突破土耳其旅和防线，切断了其与美第25师的联系。第15军和第12军在突破后各歼敌一部。到25日夜，第3兵团部队夺占了涟川以南哨城里、钟悬山和宝藏山地区。
在志愿军和人民军的强大反击下，“联合国军”地面部队依靠空中掩护和现代化的运输装备，迅速后撤，企图到二线阵地继续抵抗。志愿军和人民军继续发展进攻，于26日攻占了敌在锦屏山——县里——加平一线设置的第二线阵地。
4月29日，志愿军和人民军逼近汉城，一部前出至汉城近郊北岳山。根据中朝联合司令部的命令，部队停止进攻，第一阶段作战结束。这一阶段作战，歼敌23000余人，将“联合国军”和南朝鲜军从三八线赶至汉城东西一线地区，夺回战场主动权。