1951年1月25日，联合国军突然向志愿军发起攻击。彭德怀立即向毛主席发出电报，希望中国能主动发出停战声明。电报发出后，彭德怀知道这个建议，肯定会被拒绝。
志愿军秘密入朝后，联合国军被打得节节败退。于是以印度为首的一些国家，便提出了双方停战的建议，但其目的其实是让联合国军获得喘息的机会，以便再战，所以我国断然拒绝了这一建议。其实彭德怀现在提出停战请求，也是为志愿军争取时间。
毛主席的回复，果然不出彭德怀所料，但让他意外的是，毛主席不仅不同意休整，而且还要求志愿军主动出击，争取打到三六线上去，以歼灭两三万美李军，而这无疑给彭德怀出了一个巨大的难题。
毛主席主要是从政治方面考虑，第四次战役后，美国很可能会就朝鲜问题和中国谈判。志愿军如果真能打到三六线，那时谈判将会对中朝两国都很有利。
但是由于连续作战，志愿军已经疲惫不堪，减员严重，而且后勤供应严重不足。第二次战役结束后，彭德怀就希望志愿军可以立即休整，但没被允许，于是他又勉强发起了第三次战役。占领汉城后，彭德怀顶着重重压力，下令休整。但联合国军却偏偏在此时发动攻击，这让彭德怀忧心如焚，而且他还不知道的是，战场上的对手已换人了，他将遇到一个可怕的对手，而此人将给志愿军带来巨大的损失。
第8集团军司令沃克，在撤退时发生车祸意外身亡，李奇微便接替了他的职位。李奇微是彭德怀在朝鲜战场上遇到的最强劲的对手，因为他比麦克阿瑟更狡猾，比沃克更可怕。
联合国军主动发起攻击，令彭德怀十分意外，因为根据他以往的了解，联合国军在节节败退后，断不会这样做的。而这次攻击命令的发起者，便是李奇微。
通过认真研究，李奇微发现了志愿军的短板，便是后勤补给不足，每次攻击时间大约都在一个星期左右。当志愿军攻势接近尾声的时候，那时联合国军再以优势炮火，向弹尽粮绝的志愿军进行反击，这便是李奇微研究出来的得胜之道。在战争前期，这的确让志愿军伤亡惨重。
1951年1月25日，联合国军集中了5个军共16个师，外加3个旅，1个空降团以及全部的炮兵、坦克和空军力量主动发起攻击，地面总兵力达到23万人，西线战场是主攻，东线战场则作为辅助。
为了对付志愿军，李奇微发明了“磁性战术”，即近距离和中国军队接触，持续不断地进行攻击，不给志愿军补充时间，与志愿军拼消耗。此外，在局部战斗中则采取“火海方式”，即依靠优势的炮兵、空军和坦克的猛烈火力，对志愿军实施密集的火力突击，以杀伤志愿军有生力量。
面对联合国军的进攻，彭德怀的兵力部署却让人一时摸不着头脑。西线战场作为主战场，而且都是联合国军的精锐，彭德怀却只部署了两个军的兵力，东线战场作为辅助战场，却部署了四个军的兵力。后来志愿军才明白，这恰恰体现了彭德怀的高明之处。
当时志愿军总兵力和联合国军差不多，但是联合国军的武器装备、后勤补给却占绝对优势，而且还拥有空中力量。彭德怀的军事意图是，38军和50军在西线战场上阻击敌人，东线战场上则放敌人过来，然后39军、40军、42军、66军再以优势兵力进行分割歼灭。
然而这一部署却也十分危险，关键是西线战场作为主战场，仅部署两个军能否阻挡住敌人的进攻。若不能，不仅西线战场会全线崩溃，而且联合国军还可以在西线战场结束后，立刻集结兵力去支援东线战场，到那时，被分割歼灭的则是志愿军。
战争开始时，西线战场的志愿军的确打得很吃力，也很辛苦。修理山是北进汉城的必经之路，负责在此防守的50军，虽然在这里修筑了很深的堑壕和结实的工事，但是面对联合国军猛烈的炮火攻击，在苦苦坚守一个星期后，不得不主动退出战场。38军在第二次战役中，曾获得“万岁军”的美誉，但是在此次的汉江阻击战中，也损失惨重。
虽然38军和50军在逐步撤退，但是却拖住了西线战场上联合国军的主力，为东线战场赢得了时间。
东线战场上，敌人被分割包围在两个区域:横城和砥平里。砥平里敌人相对较少，但战斗力较强，横城附近虽然敌人数量较多，但是因为有大量韩军，战斗力相对较弱，因此彭德怀决定首先歼灭横城附近的敌人。
横城反击战中，39军117师歼敌3350名，击毁和缴获汽车和坦克200多辆，各种火炮100多门。这是朝鲜战争中，志愿军一个师在一次战斗中歼敌最多、缴获最多的案例。而且横城反击战，还缓解了志愿军在整个战场上面临的巨大压力。
横城反击战结束后，砥平里附近的美军孤立无援，他们打算撤退，志愿军也认为此时可以一鼓作气拿下砥平里，尤其还探得这里只有一两个营的兵力。但就在志愿军认为砥平里唾手可得的时候，意外还是发生了。
李奇微决心不惜一切代价死守砥平里。接到任务后，负责防御的美2师23团，立刻在砥平里布置了环形防御体系。
负责攻击的志愿军有八个团，但是比较杂乱，分别来自39军、40军、42军，负责统一指挥的则是40军119师。师长徐国夫召集参加攻击部队的指挥员会议时，40军359团团长没来，仅政委参加，42军375团只来了副团长。混乱的指挥、参战人员的不重视以及炮兵42团因遭空袭不能参加战斗，这些情况都让徐国夫心中有了一丝不祥的预感。
实际上，砥平里附近的联合国军有6000多人，和负责攻击的志愿军兵力相当，而武器装备又远胜于志愿军。战争开始时，376团和343团又走错了路，所以此役志愿军损失极为惨重，仅40军三个团就伤亡1830人。在基层指挥员的坚决要求下，志愿军停止了对砥平里的攻击。在中国军史中，下级指挥员向上级指挥员提出“不打”请求的情况，非常罕见。
为了争取两个月的休整时间，等待补充部队的到来和后勤供应的改善，彭德怀决定率领志愿军撤退。1950年2月16日，彭德怀命令西线志愿军全线撤退到汉江以北。但彭德怀仍然顾虑重重，因为撤退不仅影响士气，而且还要考虑到政治影响。
在严峻的军事形势下，关于志愿军接下来应该怎样在朝鲜战场展开行动，彭德怀在痛苦和矛盾中苦苦思索，最终决定回北京一趟。
彭德怀首先见到了毛主席，毛主席在听完汇报后表示:“朝鲜战争能速胜则速胜，不能速胜则缓胜，不要急于求成。”毛主席的表态，让彭德怀压力减轻不少。
在彭德怀的多次要求下，最终中央军委决定:第3兵团、19兵团尽快赶赴朝鲜战场，刚成立的中国空军、高炮师、战防炮师以及3个火箭炮团、2个榴弹炮团也奔赴朝鲜战场。后勤方面也有所改观，17000辆汽车和100000张床位也被送往前线。这极大地增强了彭德怀的信心，减少了他的后顾之忧。但是在彭德怀离开朝鲜期间，志愿军在整个战场的形势却在进一步恶化。
砥平里战斗结束后，李奇微继续率领联合国军向北进攻，但志愿军并没有进行强烈的抵抗。李奇微判断:志愿军此时应该处于困难境地，于是他命令联合国军开始进行更为猛烈的进攻，志愿军在战场上节节败退。
1951年3月7日，美25师开始横渡汉江，为此，25师配备了猛烈的火力:148门野战炮、100辆坦克、48门重型迫击炮、25辆M–16自行高射机枪、100挺重机枪以及10多架轰炸机。同时，李奇微命令187空降团，在汶山地区实施空降，企图截断志愿军和人民军的后路。李奇微不仅希望可以收复汉城，而且渴望还可以大量歼敌。但最终，他的目标只完成了一半。
彭德怀回到前线的时候，整个现场形势岌岌可危，当时志愿军如果不进行撤退，很可能被联合国军包围，那时后果将不堪设想。1951年3月14日，彭德怀果断下令放弃汉城，撤退到三八线以北。汶山空降的美军士兵，没有包围一支撤退的志愿军部队，这让李奇微颇感意外。
抗美援朝第四次战役，虽然志愿军伤亡较大，但仍在极困难的情况下，歼敌7.8万余人，取得了不错的成果。当初占领汉城后，不仅志愿军内部，全国上下很多人都认为，中国已经取得了朝鲜战争的决定性胜利。但是仅70天后，汉城再次易手，这让中国不得不冷静下来，重新审视战场形势，调整作战方案，并做好和联合国军长期战争的准备。而志愿军撤退到三八线以北后，也让朝鲜战争的前景，变得扑朔迷离起来。