揭幕战被志愿军第40军暴揍后的南朝鲜军第1师被美军骑兵第1师接替，继续向鸭绿江进攻。这支全机械化装备的队伍战斗力强，有“王牌师”的称号，接到命令后，迅速向云山集结。
云山一处战略地位尤为重要，是朝鲜北部的交通枢纽，公路纵横交错，山上密林覆盖……在美军骑兵第1师向这一方向进攻时，志愿军第39军已经隐蔽在云山周围的深山密林中，完成了包围态势。这也正符合志愿军总部制定的向敌后实施迂回结合，正面突击的战法。
其实，志愿军第39军官兵压根不知道面对的敌人是美军还是南朝鲜军，其第343团率先开火，紧接着军长吴信泉命令提前发起总攻，顷刻间整个山谷一片火海，硝烟弥漫。据美国记者详细记录：志愿军全部行动由军号和哨音指挥，利用夜幕掩护，以难以置信的速度接近美军阵地，精准插入防线的薄弱地带……
就这样，所谓的“王牌师”被劣势装备的39军狠狠地扇了一记耳光，嚣张气焰顿时灰飞烟灭。据相关资料记载，在云山战斗中，共歼美骑兵第1师第8团大部、第5团一部及南朝鲜军第1师第15团一部，毙伤俘敌2000余人，其中美军1800余人，缴获飞机4架、击落飞机3架，击毁和缴获坦克28辆、汽车170余辆，各种火炮119门。
战场上的美国士兵惊恐万分地连声大呼：上帝，这是一场中国式的葬礼！没错，这场漂亮的战斗中还有很多可圈可点之处，也创造了诸多战史奇迹。
第347团1营和3营9连在云山街东北角大院歼灭美军一个榴炮连。第350团第9连趁夜黑插入敌后，捣毁美军一个迫击炮连。志愿军1个连歼灭美军一个连，毙伤美军50余人，俘敌4名，缴获迫击炮3门，重机枪3挺，创造了志愿军一个连歼美军一个连的战绩……
就在敌人仓惶撤退时，发觉敌军有撤退迹象后，志愿军总部再次发布动员令，要求所有部队轻装前进，大胆插入敌后，实行破坏交通，堵住、截断敌人退路，抓住敌军尔后分别包围歼灭。此后，美军在空军和坦克的掩护下，向青川江以南撤退。