1950年11月1日，雲山城的早晨籠罩在濃重的霧氣之中。中國第三十九軍一一六師師長汪洋在前哨觀察所里焦灼萬分，因為在校對好了攻擊前進的地形和炮兵支援步兵的方案之後，濃重的晨霧令他觀察不到雲山城的情況。中國軍隊沒有偵察飛機，前沿的肉眼觀察對指揮員來講至關重要。晨霧一直到將近10時的時候才淡了下去，眼前敵人的一切開始逐漸清晰。
下午時分，汪洋驟然緊張起來，通過觀察發現，雲山東北方向的敵坦克、汽車和步兵開始向後移動，雲山城附近的敵人也開始往來頻繁。同時，右翼前沿的觀察所也報告，他們發現他們正面的敵人背起了背包，乘坐汽車開始向後開動。
汪洋第一個反應就是：雲山的敵人已經察覺三面被圍，要逃跑。
汪洋看看手錶，16時整，距離原定的進攻時間還有三個多小時，如果不立即進攻，戰機就要失去了，這位中國師長的心劇烈地跳動起來。
這是朝鮮戰爭戰局將要發生重要轉折的一天。
聯合國軍的右翼在沒能最後判斷出與他們交戰的軍隊來自何方的情況下已被擊潰，沃克雖然調整了部署，渡過清川江的兵力有所增加，但各部隊仍然處於分散狀態。在一種莫名其妙的僥倖心理的驅使下，麥克阿瑟計畫在感恩節之前結束戰爭。
彭德懷敏銳地感覺到，志願軍剛入朝時的那種部隊調動有些混亂的局面已經結束，各軍目前已經到達指定位置，志願軍可以集中10－12個師共15萬兵力作戰，兵力的優勢迎來了制勝的戰機。彭德懷要給聯合國軍以一次巨大打擊的戰役計畫是：在敵人已經破碎的右翼突破而進，正面進攻配合縱深迂迴，割斷聯合國軍的南北聯繫，將敵人殲滅於清川江以北地區。
30夜，毛澤東為此發來電報：彭鄧並告高：
（一）慶祝你們殲滅偽八師四個營的勝利。
（二）你們三十日九時的部署是很好的。我方對敵人的數量、位置、戰鬥力和士氣等項均已明了，我軍已全部到齊展開，士氣高漲；而敵人對我方情況至今不明了（只模糊地知道我軍有四萬至六萬人）。因此，你們以全部殲滅當面敵人偽一師、偽七師、英二十七旅、美二十四師及美騎一師一部及偽六師、偽八師殘部為目標是完全正確的。只要我三十八軍及四十二軍一個師能確實切斷敵人清川江後路，其他各軍能勇敢穿插至各部分散人的側後實行分割敵人而各個殲滅之，則勝利必能取得。
（三）在大作戰時請注意使用六十六軍，以厚兵力。
毛澤東十月三十日二十時31日上午9時，志願軍總部下達作戰命令：第三十八軍迅速殲滅球場之敵，而後沿清川江左岸向院里、軍隅里、新安州方向突擊，切斷敵人退路；第一二五師即向德川突擊，並佔領該地阻敵增援；第四十軍迅速突破當面之敵，於1日晚包圍寧邊他第一師並相機殲滅之，得手後向燈山洞突擊，切斷敵人退路，另留一部於上九里地區防雲山之敵逃竄；第三十九軍於1日晚攻開雲山之敵，得手後向龍山裡地區突擊，協同第四十軍圍殲美騎兵第一師；第六十六軍以一部於龜城以西鉗制美第二十四師，軍主力視情況從敵側後突擊，殲滅該敵。
從毛澤東的電報和志願軍總部的命令上看，此戰役決定性的要點是：第三十八軍必須穿插到位。彭德懷和毛澤東對第三十八軍寄予了厚望。現在，第三十八軍已經開始進攻了，並打下了蘇民里，正向球場方向前進。彭德懷特別囑咐雲山正面的第三十九軍，要等第三十八軍接近指定位置之後再開始對雲山的攻擊，而不能在敵人的後路沒有被切斷前就讓機械化很強的敵人跑掉。
可是，在沒有遭到攻擊的時候，雲山之敵就有了逃跑的跡象。第三十九軍軍長吳信泉不得不決定把攻擊的時間提前至17時。
彭德懷同意了。
雲山正面已經蓄勢已久的中國大部隊就要席捲小小的雲山城了，而彭德懷全部殲滅敵人的企圖，就取決於右翼橫向向西穿插的第三十八軍前進的速度和質量了。
事後才知道，一一六師師長汪洋所發現的雲山正面的聯合國軍不是在撤退，而是南朝鮮第一師的部隊正在與美軍騎兵第一師八團進行換防。
換防之後，在中國軍隊發起攻擊的瞬間，美騎兵第一師八團就位於最前沿了，這一點中國第三十九軍的官兵並不知道，攻擊開始以後，他們依然認為對方是南朝鮮第一師的部隊。
心急如火的中國第三十九軍的炮火準備，於11月1日下午16時40分開始了。
五顏六色的信號彈在黃昏的天色中騰空而起，各種火器發出的聲音震蕩著雲山山谷。緊跟在炮火之後，志願軍步兵開始向雲山發起了衝擊。
在肅清雲山外圍的各小高地的戰鬥中，南朝鮮軍隊的防線很快就被突破。美第八騎兵團團長約翰遜上校看見退下來的南朝鮮士兵，後來這樣描述：「他們是泥塑的部隊，完全是一種精神恍館的狀態，對於我的吉普車、對於附近時而發生的槍聲全不在意，全無表情，同我在巴丹見到的投降之前的美國兵一個樣。」
中國軍隊的進攻很快逼近到美軍的面前。根據美軍的戰史記載，中國的炮火十分猛烈，一檢查彈道，發現是二戰中曾在斯大林格勒出現的、讓德軍膽戰心驚的82毫米的蘇制「喀秋莎」火炮。這種武器的出現，意味著進攻的軍隊不是一般的軍隊，美第八騎兵團這時開始認識現實了。中國軍隊幾乎看不出隊形的攻擊人流在各個方向上時隱時現，瞬間便衝到美軍眼前了。三四七團的一個叫張生的中國士兵在部隊受到機槍射手的阻擊停止前進時，繞到這個機槍陣地的後面，他沒有用槍，而是抱住美軍的機槍手一起滾下了山崖——類似的情景在雲山四周山崗上如墨的黑暗中到處發生，雲山外圍的一個個高地隨之被突破，美軍士兵們在他們聽不明白的吶喊聲中不斷地死傷或爭相逃命，美軍的防禦陣地被迅速壓縮。
在肅清雲山外圍的戰鬥中，第三十九軍三四八團二營的官兵創造了一項朝鮮戰爭中的紀錄。他們沿著三灘川東岸向雲山方向攻擊，在一座公路橋上與美軍士兵進行了白刃戰之後，一班副班長李連華在炮彈爆炸的火光中發現前面不遠處有四個房屋大小的物體。李連華在戰前曾到這裡偵察過，這裡原是一片開闊地。他謹慎地向前摸過去才看清楚，這裡居然有四架飛機！
原來這個開闊地成了美軍的臨時機場！守衛機場的美國士兵立即與中國士兵短兵相接了，在戰鬥中一班傷亡嚴重，僅僅剩下李連華和另外一名戰士。這兩名中國志願軍士兵固執地向飛機接近，在接近的過程中兩個人雖都已負傷但始終沒有倒下，直到把最後一個抵抗的美國人從一架飛機的座艙里拖出來。中國士兵們佔領這個臨時機場後，立即用人力企圖把沉重的飛機推到隱蔽的地方藏起來，但是推不動，於是就用大量的玉米秸把四架飛機掩蓋了起來。
後來得知，這是一架炮兵校射機和三架輕型飛機，是在日本的美軍遠東總部派來的，它們於這天下午從日本東京機場起飛，飛機上乘坐的是前來採訪美軍騎兵第一師的記者。記者們沒有來得及採訪什麼就遇到了戰鬥，緊急起飛沒有成功，原因是飛機被中國士兵包圍了。中國志願軍士兵依靠他們手裡的步槍和刺刀繳獲了四架美軍飛機。這是中國志願軍在朝鮮戰爭中惟一的一次繳獲了美軍的飛機。
天亮以後，被中國士兵藏在玉米秸下的四架飛機，被八架美軍野馬式戰鬥機發射的火箭擊中燒毀。
半夜時分，中國志願軍的一支分隊到達雲山以南15公里的公路口，截住了一隊從雲山逃出的美軍坦克車隊。在慘烈的混戰中，中國士兵趙順山、於世雄和田有福各自和美軍士兵扭打在一起。「那個美國兵很高，很胖，搞不清他是司機、軍官還是機槍兵」，趙順山回憶道。無法知道第一次和一個外國人進行肉搏的趙順山在殊死的肉搏戰中是什麼感覺，就在臉對臉的瞬間，在火光激烈的抖動中，趙順山看見「他的眼珠是黃綠色的」。扭打中，美國兵掏出了手槍，可趙順山騰不出手來制止，於是他就喊：「於世雄！快幫我把這傢伙的手槍搶過來！」於世雄聽見了，騰出一隻手打掉了那個美國兵的手槍。就在這時，與於世雄抱在一起的那個美國兵掏手槍趁機向於世雄的腹部開了槍。憤怒之極的趙順山發現了美國人身上插著的洋鎬，於是他拔出來，向被自己壓在身下的美國兵的頭上砸下去。在美國兵慘厲的叫聲中，於勝雄身上的那個美國人崩潰了，他愣愣地站起來，雙手抱頭就跑，但是他被受了傷的於世雄緊緊地抱住了腿。趙順山說：「我的動作更快，八寸長的洋鎬已經舉起來，敵人用兩手抱住腦袋也救不了他。我的洋鎬穿過他的手背，整個刨進他的腦袋裡。」
「惡戰結束了，」趙順山回憶道，「於世雄和田有福都躺在工事旁邊，他們已經昏迷了。我跪在於世雄身邊，他的左手還緊緊地握著敵人的手槍，牙齒咬得緊緊的，我擦著他身上的血跡，在他的肚子上找到手槍彈的傷口。我心裡非常難過，他是為了