彭德怀司令员经与人民军协商决定，东线作战集中第9兵团和人民军金（雄）集团，取正面突破，两翼迂回，双层包围，多路钳击的战法，首先歼灭麟蹄东南县里地区之南朝鲜第5、7、3、9师，尔后视情况继续歼灭南朝鲜首都师和第11师。以第3兵团（欠第12军、附第39军2个师）向九城浦里突击，割裂美军与南朝鲜军的联系，阻击美第10军不得西援；西线第19兵团及人民军第1军团以汉城为重点，在高阳至加平段宽大正面上实施佯动，钳制西线美军主力。

    5月8日，彭德怀司令员就第二阶段作战指导问题发出指示，指出：实现此次战役意图的几个重要关节，一是第19兵团在牵制方向上要认真地积极地实施佯动，将美军主力吸引于西线；二是第3、第9兵团切实隐蔽我军企图，绝不能事先被敌发现我大军东移，三是全歼县里地区3个南朝鲜师的关键，在于几把合围的钳子能按时到达预定合钳的位置，迅速达成两翼迂回，多路切断，层层包围；四是掌握战机，及时集中力量歼敌的关键在于各部队特别是执行钳击迂回任务的部队能否及时报告敌情及自己到达的位置，并主动提出协同歼敌的意见，积极付诸行动。

    5月12日晚，西线我军开始对议政府、汉城、春川地区之敌实施佯动。李奇微被佯动所迷惑，惊呼“汉城面临第二次危机”，并判断我军在中线即将发起攻势。遂调美第7师，南朝鲜第2师增强中部防线。同时，第3、9兵团于15日相继隐蔽进入作战地区，完成了战役展开。

    5月16日18时，我各突击兵团在短促的炮火准备后，向敌人发起猛烈的突击，敌军防线土崩瓦解，南朝鲜第5、7师仓皇溃退，第9兵团之第20、27军及人民军第5军团以摧枯拉朽之势直插敌纵深。

    第20军第60师前卫第178团第5连，在连长毛张苗带领下勇猛直追，连续突击，沿途打跨敌5次阻击，12个小时内经大小战斗13次，歼敌一部，缴获汽车70余辆，前进30公里，及时抢占了合围要点五马峙，为主力部队开辟了前进道路。该师主力于17日晨攻占了后坪里、美山里、旺盛谷诸要点，歼敌500余人，切断了县里地区南朝鲜第3、9师南逃退路。人民军第5军团也于17日午前占领了县里东南之镇东里、芳台山诸要点，切断了县里之敌东南退路，与第20军对县里之敌构成了合围。

    第27军在突破南朝鲜第7师防御后，第79师和第80师攻歼了于论里之敌，尔后向院巨里方向进攻。担任迂回任务的第81师不惜伤亡，不为小敌所诱，不停息地交互攻击前进。师长孙端夫亲率第242团第2营为先导，沿山沟密林，以每小对十几里的速度向敌纵深猛插。沿途经大小战斗18次，歼敌250余人，于17日5时突入敌纵深28公里，按时抢占了严达洞、砧桥、坊内里、上南里诸要点，切断了县里之敌西南退路。该师主力在第60师的协同下，在上南里地区将南逃之南朝鲜军第5、第7师击溃，全歼南朝鲜第7师第8团1、2营，第9师第30团3营，第5师第27团3营和第35团3营，共5个营3000余人。

    担任战役迂回任务的配属第9兵团的第12军，突破南朝鲜第5师防御后，于三巨里歼灭其第5师一部，继续在自隐里北侧与美第2师以及法国营（战前了解自隐里地区为南朝鲜军）展开激战。第130团战士梅永洪、张再云、吴建德，巧摆地雷阵，并用火箭筒、反坦克手雷击毁敌7辆坦克。经两日艰苦的围歼战斗，全歼美第2师第23团两个营及法国营大部。向深远纵深沙里地区迂回的第31师主力被敌阻隔，只有1个团从敌左翼绕道插入敌人纵深，并于18日拂晓攻占长水院，因而未能达成向东沙里迂回的目的。

    18日晨，县里地区南朝鲜军第3、第9师动摇溃乱，开始向南及东南方向