1950年12月31日，三八線附近寒風凜冽，大雪紛飛，氣溫驟降。
16時40分，志願軍的炮火準備開始了，一發發炮彈呼嘯著飛向對岸敵軍的陣地。頓時，江對岸騰起一片火光和煙霧。
短促的炮火準備之後，在西起臨津江口、東至麟蹄的200多公里寬大公里正面上，志願軍和人民軍向「聯合國軍」在三八線的防禦陣地發起進攻。
志願軍右縱隊第39、第40軍、第38軍各擔任突破任務部隊的指戰員在高浪浦里至永平地段上，冒著敵人炮火的封鎖，奮勇踏冰（部分部隊徒涉）向臨津江和漢灘川南岸攻進。
臨津江和漢灘川南岸是天然峭壁，南朝鮮第1、第6師依託既設陣地，憑險據守，敵防線前沿布滿了鐵絲網和地雷。志願軍右縱隊過江後，衝破重重阻礙和火力封鎖，一舉突破敵防禦前沿，繼續向敵防禦縱深發展進攻。
「現在發起衝鋒！」第39軍第116師副師長張鋒向突擊部隊下達了命令。幾乎同時，幾千名戰士跳出交通壕，吶喊著向江面衝去。
張鋒下達完命令後，立刻走出掩蔽部，站在小山上觀察這一壯觀的場面。臨津江上一片火光閃爍，戰土們在炮彈爆炸的火光中踏冰向對岸衝去。突然，在江南的沙灘上騰起一片火光和煙柱，左翼連的衝擊地段上地雷爆炸了。地雷一串連著一串，從北向南，迅速地爆炸著。前面的戰士倒下了，後面的戰士並沒有停止，仍然向前奔跑。
在一連串的爆炸之後，後面的部隊衝到了對岸的懸崖邊，架起了雲梯。緊接著，在敵陣地上響起了一片手榴彈的爆炸聲，懸崖上閃起一片火光。三顆紅色信號彈升上天空。
「突過去了！突過去了！」張鋒掩飾不住內心的激動，跑進掩蔽部，用電話向師長報告：「我們已佔領南岸敵第一道塹壕！」
「好！迅速擴張戰果，保障二梯隊進入戰鬥！」
第39軍在新垡、土井地段突過臨津江後，迅速從南朝鮮第1師防禦正面突入。經過一夜的激戰，於1951年1月1日拂曉前突入敵防禦縱深約10公里，佔領了大村、武建里地區，並有力地策應了第50軍的渡江。
第40、第38、第50軍於1日分別佔領安興里、新邑里、紫長里等地區。
永平至馬坪里地段敵防禦正面狹小，縱深內山川交錯，森林密布，白雪皚皚，兩側依託臨津江和北漢江。志願軍左縱隊第42、第66軍準備突破這一地段。
第42軍突破南朝鮮第2師前沿陣地後，經一夜激戰，於1日拂曉前佔領道城峴、蛾洋岩。
該軍擔任迂迴任務的第124師佔領道城峴後，不顧山高雪深，不怕敵機威脅，於晝間繼續突擊，大膽猛進，沿途打破敵人10次阻擊，於1日12時前出至濟寧里以南石長里地區，切斷了南朝鮮軍第2師的退路，並繼續向上、下南淙地區突擊。
2日拂曉，南朝鮮第2師第31、第32團和南朝鮮第5師第36團大部及南朝鮮軍炮兵一個營由華岳里沿暗川、上南淙、下南淙公路，企圖向南逃竄。第124師協同第66軍主力全殲該敵，圓滿地完成了斷敵退路、圍殲敵人的任務。
第42軍主力1日推進到花峴里、中板里、赤木里地區，殲滅了南朝鮮第2師一個多營，然後繼續向加平方向發展進攻，於2日10時佔領加平，加平之敵已南逃。2日15時，向春川方向佯攻的第66軍第198師佔領春川。
第66軍突破南朝鮮軍第2師和南朝鮮軍第5師防禦前沿後，克服敵人的重重障礙，翻越冰山雪嶺，一舉突破了華岳山、高秀嶺等陣地。
然後，向南朝鮮軍防禦縱深發展進攻，先後佔領修德山、上紅績山裡、下紅績里、上南淙、下南淙地區，在第42軍第124師的協同下殲滅了該地區的南朝鮮第2師第31、第32團和南朝鮮第5師第36團大部及南朝鮮軍炮兵一個營，共斃傷俘敵3200餘人，繳獲各種火炮三十餘門，勝利地完成了預定任務。為此，志願軍司令部致電祝賀第66軍取得的重大勝利。
人民軍第2軍團四個師和第5軍團一個師，於戰役發起前越過三八線，分別向洪川、橫城、原州方向滲透迂迴前進。其第12師於31日晨前進至洪川西南新垡里地區，威脅了敵人側後，迫使南朝鮮第3師南逃。戰役發起後，該2軍團的其餘部隊繼續越過三八線，隨主力向南攻進。
至此，志願軍六個軍在人民軍三個軍團的協同下，突破了「聯合國軍」三八線既設陣地，並乘勝向敵縱深發展進攻，徹底粉碎了「聯合國軍」固守三八線的企圖。
南朝鮮軍在志願軍的連續突擊下，第一道防線已全面崩潰。美軍隨軍記者報道了南朝鮮軍爭相南逃的情景：
中國軍隊今年元旦早晨在漢城以北和東北把聯合國軍擊退了好幾英里。漢城正北的盟軍一個師已完全崩潰。
記者曾看到該師的約300軍隊在他們原來的陣地以東數英里的路上狼狽南行。記者透露這個被擊潰的師是以頑強著稱的。
第8集團軍在撤退時，將去年12月初以來即已佔住的學校、糧庫以及茅草屋等焚燒一空。白煙和燒焦了的稻草屑在撤退的路上飄浮，煙霧蔽天，冬日無光。
美第8集團軍司令李奇微後來在其回憶錄中寫道：
元旦上午，我驅車由北面出了漢城，結果見到了一幅令人沮喪的景象。朝鮮士兵乘著一輛輛卡車，正川流不息地向南涌去，他們沒有秩序、沒有武器、沒有領導，完全是在全面敗退。有些士兵是依靠步行或者乘著各種徵用的車輛逃到這裡的。他們只有一個念頭——逃得離中國軍隊愈遠愈好。他們扔掉了自己的步槍和手槍，丟棄了所有的火炮、追擊炮、機槍以及數人操作武器。
南朝鮮陸軍土官學校金明陽在《韓國戰爭史》中也說：
聯合國軍士兵扔掉所有重炮、機關槍等支援火器，爬上卡車向南疾馳，車上人擠得簡直連個小孩都不能再擠上去了，甚至攜帶步槍的人也寥寥無幾。他們只有一個念頭，「把那可怕的敵人甩掉」，拚命跑呀！控制不住的「後退狂」蔓延開了。
1951年1月3日，李奇微被迫下令全線向漢城以南撤退後，美第8集團軍在撤離漢城的同時，用汽油、炸彈對漢城、仁川、金浦機場等地進行了瘋狂破壞。漢城的學校、醫院、圖書館、博物館等遭到嚴重的破壞。路透社記者懷特搭乘飛機逃離漢城時，看到「漢城在煙火中燃燒」，「大火在城南50英里處仍可看見」。
彭德懷依據戰場形勢，當即決定乘勝追擊，擴張戰果。彭德懷在當日致韓先楚並各軍及人民軍第1軍團首長的電報中指出：
（一）令四十軍即派有力支隊從清平川附近渡北漢江向楊平偵察前進，查明敵情道路。
（二）估計此役至現在止我傷亡不很大，左縱隊及人民軍第二、第五軍團擬乘勝佔領春川、洪川、橫城、襄陽、江陵，利用山地分存軍需彈，充分準備將來南進。右縱隊及人民軍第一軍團相機佔領漢城、仁川、水原、楊平、利川邑，控制飛機場，以便準備南進條件，休整補充，讓敵退守平澤、安城、忠州、堤川線以北，亦有利於將來向南進攻。如同意此企圖，我主力（兩個軍）須從清平川附近渡江向楊平推進，渡過南漢江，威脅和相機截擊漢城南逃之敵。以第五十軍向漢城、水原推進，第一軍團以佔領漢城及仁川港、金浦機場，擔任城防、機場和海面警戒。
韓先楚接電後，認為以第40軍從清平川南渡北漢江追擊已來不及，於當日10時建議，以第38、第39、第40軍集結於漢江北岸休整，第42軍掃清北漢江南岸殘敵後，即在洪川、橫城、楊平地區休整。以第50軍過漢江尾追南逃之敵，控制漢江兩岸陣地，以利春季攻勢。人民軍第1軍團進至漢城西南、金浦、仁川地區，擔負海防。第66軍追至漢江南岸，控制橋頭陣地，掩護人民軍第2、第5軍團向敵後插進。
彭德懷基本同意韓先楚的建議，於3日15時回電指出：
你們當面之敵有退漢城南岸，小部控制橋頭陣地防守，相機防守或繼續南退，須看我軍行動決定。請速令四十軍以一個師從清平川渡江向楊平攻擊前進，佔領楊平後威脅漢城南退。三十八軍、三十九軍、四十軍本（三）日晚即在原地休息，積極做從清平川渡江南進準備，具體行動部署須待向楊平挺進之師弄清情況後再行決定。五十軍繼續向漢城推進，相機佔領漢城，如敵繼續南逃，則跟蹤追至水原為止，並與仁川一軍團、楊平四十軍之師聯絡。人民軍一軍團按前電佔領漢城、仁川、金浦（機場）擔任警衛不變。
據此，韓先楚副司令員於當日18時令左縱隊各部突破美第24師在議政府以南水落山——道峰山防線後，第38軍以第113師向漢城東南、第114師向漢城以東，第40軍以第118師向漢城東北，第39軍以第116師向漢城正北，第50軍主力向漢城西及西南攻進，求得在漢江以北會殲美第24師。如