5月21日，中朝联合司令部下达主力转移休整的命令。志愿军各兵团根据中朝联合司令部的部署，先后下达停止进攻、主力北移的部署命令。
5月23日，志愿军和人民军部队主力开始转移，各兵团留下一个师或一个军采取运动防御的办法，节节阻击，掩护主力休整。
然而，在志愿军主力刚刚开始转移，李奇微就采取所谓“磁性战术”，全线展开反扑。“联合国军”以坦克、炮兵和摩托化步兵组成特遣队，在空军和远程炮兵的掩护下，寻找志愿军和人民军防线上的空隙，向纵深猛插。并空降营连规模的兵力抢占后方要点，阻止志愿军主力北移。志愿军一度陷于被动，其中第60军第180师遭受了严重的损失。
对志愿军第180师的损失，长期以来有各种各样的不确说法。如说180师“未经激烈战斗，全师被歼”，“180师的军旗还在联合国”等等。第180师失利的过程到底是怎么样的？遭受多大程度的损失？失利的原因是什么？作为军事历史研究工作者，我们有责任利用我们掌握的档案资料，真实客观地回答这些问题。
第60军原定在加平——苍洞里一线展开，组织防御。5月9日上午，鉴于运输力的缺乏，伤员转移缓慢，第3兵团首长决定各部暂先不撒，在原地阻击北犯之敌，以掩护伤员转移。
第60军第179师和第181师在战役的第二阶段分别配置第12军和第15军作战，此时尚未归建。因此，在北汉江南岸地区一个军的防御地域内只有第180师一个师担任防御任务。韦杰等本来计划第180师在北汉江北岸春川西北地区组织防御，接到兵团5月23日上午的命令后，改变原定计划，于当日晚做出新的阻击部署，即命令第180师在北汉江南岸的汉谷、正屏山地区抗击“联合国军”的反攻，命令第179师在大龙山及以东地区阻击。同时命令这两个师在北汉江南岸的部队争取阻敌五天的时间。
此后，虽然第179师和第181师先后归建，投入防御作战，但是，第60军没有根据敌情、我情及时调整防御部署，仍将三个师一线展开于30余公里的正面，与友邻部队间也没有进行很好的协调，致使该军未能进入原定防御地区，结果造成机山里至沐洞里段出现空隙。同时，第60军的右翼第19兵团第63军一个师已经在23日晚向北转移，因此，在第3兵团和第19兵团的接合部又出现了空隙。
5月24日，美第25师“特遣队”乘隙楔入志愿军防线，进占志愿军第180师右侧后的加平——济宁里——城蝗堂一线；美第7师“特遣队”进占第180师左侧后的春川；从第180师正面进攻的南朝鲜第6师已进至北汉江南岸的江村，控制了江村里渡口。虽迟滞了敌人的进攻但自身伤亡也很大的第180师，处于三面受敌、背水作战的极其不利的境地。
24日11时30分，第60军致电第3兵团，提出阻敌北犯的两个方案：一是以第180师位于北汉江南岸的部队实施小的反击，争取在24至25日两天之内保持现有阵地，25日晚主力转移到北汉江以北地区；第179师位于昭阳江以南的部队也同时北移到江北地区；二是以第179师左翼协同第180师实行大的反击，求歼向正屏山进攻之敌一部，以争取较长的时间，掩护兵团主力北移及伤员转移。
由于信通联络方面的问题，到第二天下午6时50分第3兵团才答复第60军：同意提出的第一方案。第3兵团并指示第60军：除以一个师控制于加平至新延江以北山地担负阻击敌人的任务外，军主力转至冠厅里、场岩里、史仓坦克地区进行短期休整。而此时，第60军鉴于第180师的危险处境，为摆脱不利局面，已于24日命令该师撤到北汉江以北的退洞里、三巨里地区。第180师接令后于24日晚开始渡江北撤，并节节抗敌敌人的进攻，继续掩护主力和伤员转移。到25日佛晓，师主力撤至江北鸡冠山——北培山——上芳洞——明月里一线，但是没有能够确实控制要点。美第24师和南朝鲜第6师各一部从西面和南面联合攻击鸡冠山，志愿军第180师顽强阻击，经几个小时的激烈战斗，将美第24师进攻部队打退，但是最后阵地还是被南朝鲜第6师部队夺去。
25日，志愿军第60军命令第180师继续北移到蒙德山——架德山——退洞里以北一线高地阻击。同时命令第179师第536团在春川以北梧口南里、马坪里占领阵地，阻击由春川北犯的美第7师，掩护第180师北移。
但是，当时第179师第536团有两个营已失去联系，第180师在北移过程中，需翻山越岭转移，由于道路狭窄，自身尚有300多名伤员需要转运，又要与美第24师、南朝鲜第6师部队作战，因而行动较慢，25日夜未能到达指定地区。此时，第180师阵地右侧后阵地已被美第24师部队攻占，从春川方向进攻的美第7师部队攻占了志愿军第179师一部在西上里、退洞里的阵地，志愿军180师被分割于北培山、驾德山、梧月里地区，形势相当危急。
25日，由于“联合国军”继续进攻，志愿军在加平东北至抱川东北的芝岩里、官厅里至机山里防线出现一个大的空隙，而且“联合国军”已进至县里及其以北、加平以北地区，判断其有进攻金化的充分可能，于是，志愿军司令部调整部署，其中令第60军迅速转移到机山甲东北的场岩里、国望峰、史仓里地区，坚决阻击当面之敌的北犯。
同一天，从正面进攻的南朝鲜第6师继续向北推进；美第7师突破志愿军第179师阵地，将志愿军第179师与第180师的联系完全切断，并继续向第180师侧后攻进，将第180师的退路切断；从左翼进攻的美第24师占领松亭里、滩甘里、间村。这样，在芝岩里以南地区的志愿军第180师几乎完全被“联合国军”包围。
这一天下午4点半，志愿军第180师紧急致电第60军，报告部署所处的危急局面，并决定26日傍晚向西北方向突围。第60军此时援救第180师要紧，志愿军司令部要其在场岩里、国望蜂、史仓里阻击的任务无法实现，志愿军司令部立即改令第15军担负该线的防御任务。第60军于下午6时命令第179师第536团从芝岩里以东展开反击（该团因自身有两个营被敌隔断，正在激战中，掌握兵力较少，经军批准未出击），令第181师从华川地区出发救援第180师。同时，第60军建议第3兵团主力紧急支援第60军作战。
正在与敌激战的第181师接到救援第180师的命令后，立即收拢部队。但因师团间电话中断，徒步传达命令时间耽搁，加上天降大雨，道路崎岖，到当晚24时才开始西进。27日，紧急驰援的志愿军第181师在沦味里、场巨里、原川里与北进之敌遭遇受阻，援救计划未能实现。第60军的第一次救援行动失利。
26日下午6时，连续激战没有休整的第180师开始了艰难的突围行动。师主力经贺德山、蒙德山突围，于27日上午9时到达鹰峰，其余部队经纳实里、间村迂回突围，在27日9时也到达了鹰峰，与师主力会合。由于战斗不断，部队已经断粮，弹药也极少，加上联络中断，敌人炮火的严密封锁，山路的崎岖，失散人员较多，此时全师人员已不到1000人。
27日，志愿军司令部令第3兵团主力解第180师之围。但此时，第3兵团的第12军正在转进之中，于是，第3兵团于当日12时令第15军派部队到场岩里、广德里接应，令第60军不惜一切代价救援第180师，并指示第180师干部要沉着冷静，很好地掌握部队，保持建制，利用敌人的空隙，将部队撤回。几个小时之后，第3兵团又电示第60军，令第180师不顾一切牺牲，由师团干部带队，选最强的部队，组织好火力，从芝岩里、华岳里之间，选敌空隙，沿红碛岭、芳确屯、狮子岭，杀出一条血路，向史仓里至松亭里之间方向突围。在此之前，第60军第180师已下了坚决向史仓里方向突围的命令，同时令第179师取捷径向史仓里以南之敌出击，接援第180师。
接到命令后，第179师立即出发。但由于山高路险，敌人火力封锁严密，到28日5时，才有一个营赶到明芝岘、下实乃里地区。而此时“联合国军”已经分三路进攻史仓里，并于28日下午攻占史仓里，使其东西阵地连成一线。第60军的第二次救援行动失利。
27日晚，第180师将部队组成三个连，全力向史仓里方向攻击突围。因迷路又返回，转而向西北方向突围。在突破敌三个阵地后，部队伤亡很大，无力继续攻击。在这种情况下，第180师主要指挥员没有很好地查明情况，集体全力继续寻敌间隙突围，而是决定采取分散突围的办法，分路向史仓里方向突围，然后到伊川、铁原集中，结果导致该师严重损失。自5月29日至6月中旬，第180师先后突围成功集中的有师长、副师长、师参谋长、团长及以下近4000人（含先期掩护军后勤转移的一个营）。第180师在回撤过程中共损失7000余人。
5月27日，为了稳定局势，彭德怀命令部分军停止休整计划，志愿军第63、第64、第15、第26、第20军和人民军第5、第2、第3军团主力展开于临津江、汉滩川以北芝浦里、华川、杨口、杆城地区全线阻击。志愿军各部在粮弹将尽、供应非常困难和连续作战极度疲劳的不利情况下，顽强阻击和不断反击，制止了“联合国军”的猖狂进攻。至6月10日，将其阻止于三八线南北地区，第五次战役结束。在二十天的转移和阻击战中，志愿军又歼敌36000余人。
第五次战役结束后，志愿军各级都在总结战役的经验教训，其中包括第180师失利的教训。
第60军军长韦杰、政治委员袁子钦总结了第180师受损的原因：
（一）敌乘我粮弹未补，部队正在调整，工事未构筑前，实行大举进攻，战斗开始认为敌之进攻是局部的，其目的是达到以攻为守。又由于本兵团伤员太多，力求迟滞敌人前进，争取时间，便于伤员转运，形成被动作战。
（二）指挥上由于对敌情不了解，反映情况不及时，指挥不及时形成两次接援计划落空。
（三）通信联络不顺畅，误事很大，因此报告情况及部队位置不及时，命令不能及时下达。
（四）与友邻联络不够。
（五）供应不及时，致使部队粮尽弹绝，对敌情作分析、判断错误，指挥不及时，两次接援计划未实现，致使该师遭受损失，造成党的严重损失。
1951年8月4日，第3兵团党委在总结第五次战役的经验教训时说：“一八零师惨重损失，其原因除撤退不稳，部队饿饭，兵团电台在后撤中受敌机的扫射破坏，二、三天内联络中断，不能及时给以指挥外，主要是该师在紧急关头发生动摇，炸毁电台，命令部队分散突围……”第3兵团参谋长王蕴瑞总结了兵团在第180师失利问题的责任，他说：
（A）违背志司命令，擅自将60军主力181师、179师由春川以西调到春川东北地区使用，正面助攻力量过于薄弱，这是一错。60军主力虽已东调，仍可机动使用或用于正面补救之。但是又迅速用于寒溪南北地区投入战斗，这是再错。即使如此，还有39军两个师在春川以东地区尚可补救，可是过早（20日）将该军撤走。这样就造成了百余里地区不可弥补的一个大空隙，为敌所乘。同时，180师也因之而更加突出和孤立，这个缺口是一而在，再而三，一连串错误所铸成的。
（B）在撤收的时间上，也是违背志司命令的。志司规定23日北撤，而兵团令于22日夜北撤。15军则于22日夜北撤的，由于该军撤收过早，不仅使已造成的缺口更加扩大，而且使整个东线处于危境。
（C）因伤员尚未运完，即急躁不冷静轻率地命令各部暂不撤收，掩护运转伤员。因而引起60军误解，致使180师迟撤而处于不利地位。
（D）180师被包围之后，即坚令60军接援和令180师坚决突围，这种决心是好的，但是始终未能贯彻下去。60军两次接援计划流产，致180师造成如此严重而惨痛的损失。
第五次战役后，志愿军召开党委会总结经验教训，彭德怀、邓华等几位领导都讲了自己的看法，一致认为这次战役虽然取得了很大胜利，但很不圆满。彭德怀对第五次战役中的损失屡次公开自我批评，主动承担责任，表现了他襟怀坦白的情怀。正如毛泽东指出的那样：“第五次战役打得急了一些，打得远了一些，打得大了一些。”
总的来说，第五次战役虽在胜利回师时对“联合国军”的反扑估计不足一度有些被动，但是整个战役还是取得了重大胜利，共歼敌82000余人。志愿军和人民军在这次战役中的战斗减员为85000余人。
第五次战役是继第二次战役之后，对“联合国军”的又一次重大打击，粉碎了美国在平壤——元山一线建立新防线的企图，迫使“联合国军”转入战略防御，迫使美国当局不得不调整朝鲜战争政策，谋求和谈。