停戰談判恢複後，5月7日，朝中方面提出了解決戰俘問題的新方案，即將不直接遣返的戰俘交由中立國遣返委員會在朝鮮境內看管。美方不但不接受這一方案，反而於5月13日提出將一切不直接遣返的朝鮮籍戰俘「就地釋放」，仍企圖強行扣留朝鮮人民軍被俘人員。
根據談判進展情況，志願軍領導人估計，6月份以前停戰簽字的可能性不大。為了緊密配合談判鬥爭，於5月11日決定，凡是對敵連以下目標已完成準備的，即提前開始作戰，不必等待統一時間。其他攻擊目標仍按原計畫於5月30日以前完成進攻準備，6月1日開始發起進攻。
5月13日晚，第20兵團第67軍按照原定計畫，對科湖裡南山之敵發起攻擊。夏季反擊戰役從此開始。
科湖裡南山，是南朝鮮第8師前沿的一個主要陣地，面積1.9平方公里，陣地上有四條坑道和五個掩蔽部，全長約150米，有明暗地堡和火力點，並以交通溝相連接，工事較為堅固，由一個連另一個搜索排防守。
第67軍決定以第201師兩個連另一個排攻取該陣地。戰鬥發起前，第20兵團代司令員鄭維山、第67軍軍長邱蔚等首長，親臨擔任主攻的連隊檢查作戰準備，鼓勵部隊堅決攻下陣地，打響夏季反擊戰役第一炮。
5月13日晚，第67軍兩個連另一個排，在82毫米迫擊炮以上120餘門火炮的支援下，向科湖裡南山發起進攻。首先進行火力急襲，發射炮彈5400多發，有效地壓制了南朝鮮軍炮火，破壞工事達30％至40％，為步兵衝擊開闢了道路。步兵發起衝鋒後，經二十五分鐘激戰，佔領了全部表面陣地，隨後展開了激烈的坑道戰。經過六個小時的戰鬥，全殲南朝鮮第8師防守陣地的一個連又一個排，全部佔領陣地。此次戰鬥，共斃俘敵260餘人。
為鞏固陣地，打敵反撲，第201師迅速調整部署。14日至17日，南朝鮮第8師先後以一個排至兩個營的兵力，在二十餘架飛機和大量炮火支援下，實施反撲二十七次，企圖奪回已失陣地。志願軍部隊以陣地出擊、反衝擊和坑道戰，在炮兵支援下，英勇頑強地抗擊敵人的反撲，殲敵1300餘人，最後鞏固地佔領了科湖裡南山。
為配合第201師方向的作戰，第199師於13日至15日以兩個連的兵力，連續兩次反擊直木洞南山之敵，全殲南朝鮮首都師兩個連共293人。
與此同時，第60軍也先後以四個連又三個排和二十一個班的兵力，在炮兵火力的支援下，向南朝鮮第5、第20師前沿連以下兵力防守的七個陣地發動了攻擊。第9兵團指揮的第23、第24軍分別對三個連以下兵力防守的三個目標發起進攻。
志願軍首長鑒於談判正在進行，戰役第一階段作戰已經開始，為贏得世界輿論，5月16日，決定將原定6月1日統一開始的戰役，改為不統一開始，第20兵團和第9兵團已準備好攻擊的各點，可繼續打下去。
5月16日晚，志願軍第60軍以第179師一個連，在82毫米迫擊炮以上火炮四十四門支援下，攻擊南朝鮮第20師一個加強連防守的1089.6東南山脊。經一個小時戰鬥，攻佔陣地，全殲守敵，共殲敵180餘人，後擊退南朝鮮第20師的多次反撲，鞏固地佔領了這一陣地。
至5月25日，第一階段進攻作戰結束。經過十四天的激烈戰鬥，志願軍先後對「聯合國軍」二十個目標（其中連的五個，排的十二個，班的三個）攻擊二十九次，鞏固地佔領了兩個陣地。志願軍共斃傷俘敵4100餘人，自身傷亡1608人。
志願軍此次進攻作戰雖然動作不大，但對談判起到了促進作用。5月25日，美方放棄了原來的立場，在主要方面接受了朝中方面5月7日方案的建議。停戰談判有了較大的進展，可望很快達成全部協議。