中国人开始向云山运动时，在从鸭绿江向南伸延的山林中放了几十处大火，然后以漫天的烟云作掩护向前线推进，避免被空中侦察发现。11月1日，平民和其他观察人员报告说，成千上万的士兵在云山西南方成纵队行进，据说其任务是封锁该城南面的道路。中国人坚韧不拔地前进。11月1日下午，第1骑兵师师长霍巴特·盖伊少将与该师的炮兵指挥官查尔斯·帕尔默准将坐在一个指挥所里收听无线电台的讲话，他们听到一架侦察机的驾驶员说：“这是我所看见的最奇怪的情形，有两列长长的敌军步兵纵队正沿着小路向东南方向前进。……我们的炮弹径直落在他们的队伍里，但他们仍在不停地前进。”夜幕降临时，中国人已经包围了云山，并从南、北、西三个方面包围了第8骑兵团。中国人唯一没有控制的地区是东面韩国第15团的阵地。
下午4时左右，大批中国人在云山北部运动，这次还带着前所未见的武器——装在卡车上的四管同时发射的82毫米火箭筒。中国人开始进攻时，特大号的铜军号吹出令人心烦意乱的可怕声音，哨子声尖厉刺耳。那些蜷缩在狭长战壕里和躲在树后的神经紧张的美国大兵听不出任何名堂，这显然是在给中国部队发出信号。远东部队中的任何人，不管是将军还是列兵，都再也不能否认中国人大规模介入的事实了。夜幕降临时，中国人加强了攻势。到午夜时分，韩国第15团彻底覆灭，其大部分士兵被击毙或被俘虏。
美军第8骑兵团第3营接着又成为中国人的牺牲品。11月2日清晨，当中共军队切断它在云山东南面的退路时，该营陷入重围。该团的另外两个营——第1营和第2营——竭尽全力突破路障，尽管损失惨重。然而第3营却没有这样的运气。
第3营的军官们意识到，通向南方的道路已被敌军控制，便决定从陆路撤退。他们把车辆一辆挨一辆地排好，筋疲力尽的士兵睡在卡车的驾驶室里、车厢上和散兵坑里，等候撤退的命令。但中国军队的一个连偷偷越过了警戒线——哨兵把他们当成了韩国军队——突然间，军号声响彻了寂静的夜空。一个士兵后来报告说：“有人唤醒我，问我是否能听见一群马在奔跑。……接着传来了军号的号声，但离得很远。接着有人吹起了哨子，几分钟后，我们这一带就打成了一片火海。”希尔中尉以为自己是在做梦：“我当时听到一阵军号声和马蹄奔驰声，接着一群模糊不清的人影好像从天而降，并马上向他们所发现的任何人射击和拼刺。”
双方都是以乱对乱，混战一团，这使菲尔莫尔·麦卡比上尉大难不死。一颗子弹掀掉了他的钢盔；几秒钟后，第二颗子弹又打伤了他的肩胛骨。中国人在紧追不舍，他躲到一辆吉普车后面，朝着一群大约30个中国人打光了一梭子卡宾枪子弹。由于失血过多，体力不支，麦卡比倒在了一条水沟里。有三个中国人用刺刀捅了捅他，但他们并没有缴下他的枪。麦卡比后来说，他们“相互急促地交谈着，似乎是摸不着头绪”。他马上利用了这个局面，用手指了指下面的路，除了想迷惑中国人以外没有别的意图。他们又争论了一会儿，然后便走开了。麦卡比急忙往营指挥所跑，但又遇上了更多的中国人。他们用刺刀碰了碰他，放他走了，这时他仍然带着卡宾枪。麦卡比终于回到了指挥所，虽然负了伤，但却保全了性命。
该营指挥所设在山坡侧面的一个防空洞里，这里成了美国人的最后避难所。守卫者们用营参谋长维尔·莫里亚蒂少校称之为“牛仔和印第安人的”战术，即近距离的手枪射击、拳击以及关键时候扔出的手榴弹，打退了中国人。莫里亚蒂有力的指挥使该营保持了战斗力。在拂晓短暂的战斗间歇中，他和其他人得以把170名伤员弄回防御圈里。他们没有时间计算阵亡者的数字。
鉴于该营的伤亡情况和中国人的兵力，第3营生存的唯一指望是外界的救援，但这是不可能的。11月2日白天，第5骑兵团的残部试图进行救援，但军官们很快认识到，他们无法突破中国人的封锁。他们缺少大炮，而且战场上空弥漫着厚厚的烟尘，在当天下午的一场激战中，该团这两个营的救援尝试损失了350人。
当天晚些时候，军团指挥官米尔本将军在距前线仅数千码的一个寂静的洼地里，会见了第1骑兵师师长盖伊将军。军事指挥最残忍的要求之一是为拯救多数而牺牲少数。米尔本和盖伊以及参谋军官们进行了交谈。他离开了人群，沉思冥想了片刻，然后做出了决定：任何救援第3营的企图大概都会徒劳无益，而且可能会给整个军团带来危险。米尔本对盖伊和其他军官说：“这是我全部军事生涯中所做出的最令人心碎的决定，对这些人弃之不管与美国陆军的传统背道而驰。我不喜欢这个决定，我也不期望你们喜欢这个决定，但是现在决定已经做出。”这就是米尔本给他部下的指示的主要内容。
于是命令发布了。救援的企图已被放弃，被包围的第3营现在只能靠自己了。如果它想幸免于难，就必须孤军奋战。
当天下午，这一消息传给了该营官兵，军官和军士们决定等到拂晓再行动。黄昏时刻，中国人的大炮和迫击炮开始齐射。当天晚上，中国人发起了6次进攻，每次攻击波有400人或者更多。身负重伤的麦卡比上尉竭尽全力，终于爬出了被击毁的指挥所。他看到成堆的中国人尸体，不禁大为震惊。他估计在环形防御圈周围有1 000多具尸体。
第三天，即11月4日，磷燃烧弹的猛烈轰击使该营意识到，中国人的最后攻击开始了。米尔本将军头一天做出的决定现在就要成为现实：为了生存，第3营的人将不得不丢下大约200名受伤的同伴，而他们差不多肯定是会被俘的。“真见鬼，我不喜欢这样做。”一个士兵对他也是二等兵的朋友说。“我也不喜欢。”他的朋友回答道，“如果你能回到东京，那时候，就替我喝一杯酒和干个女人吧。”克拉伦斯·安德森上尉是一位勇敢的医生，他与伤员一道留了下来，并在战俘营里待到战争结束。营长罗伯特·奥蒙德少校在几个小时以后因伤重而死。
逃出去的人为了避开中国人，整整一夜都冒着萧瑟的秋雨行进——确切地说是爬行，然而他们并未成功。有好几次，他们都认为已经溜出了中国人的防线，但敌人仍在不断出现。11月5日，他们再度被围，然而他们拒绝投降。根据几位幸存的军官的决定，他们分成了几个小组，指望一些人会逃出去，但几乎没有人能逃出去。大部分人在日落前不是被击毙，就是被俘虏。第8骑兵团的第3营不复存在了。在云山周围的战斗中，第3营共损失了600多名军官和士兵。