В этой ситуации китайское руководство оказалось перед трудным выбором, поскольку страна была в руинах и нуждалась в реконструкции. С другой стороны, были общеизвестны американские планы превратить Корейскую войну в войну с коммунизмом вообще, несмотря на то, что, понимая риск возрастания конфликта, американское командование всё-таки воздержалось от участия армии Гоминьдана в составе войск ООН.
Примерно половина руководства страны была против вступления Китая в новую войну, тем более что главной задачей считалась ликвидация режима на Тайване. Но Пекин направил в Корею войска, которые формально именовались «Армией китайских народных добровольцев» (АКНД) во главе с маршалом Пэн Дэхуаем. Решение Мао было продиктовано той же логикой, согласно которой США оказались вынуждены поддержать Ли Сын Мана, защищая не столько его, сколько свои стратегические интересы.
19 октября 1950 г. части АКНД перешли китайско-корейскую границу и, пользуясь эффектом неожиданности, 25 октября нанесли контрудар по войскам ООН. К концу года северяне восстановили контроль над всей территорией КНДР. 31 декабря 1950 г. китайцы и северокорейцы начали наступление по всему фронту южнее 38-й параллели и 3 января 1951 г. вновь заняли Сеул. К 24 января продвижение китайских и северокорейских войск удалось остановить. Под их контролем остались некоторые северные районы Южной Кореи.
С конца января 1951 г. американское командование предприняло серию операций с целью вернуть Сеул, что удалось сделать только в конце апреля. Еще до завершения контрнаступления, 11 апреля из-за разногласий с Трумэном (в том числе относительно идей превратить войну в мировую и использовать ядерное оружие) Д. Макартур был смещен с поста командующего и заменен М. Риджуэем.
В апреле – июле 1951 г. воюющие стороны предприняли ряд попыток прорвать линию фронта и изменить ситуацию в свою пользу, однако ни одна из сторон не достигла стратегического перевеса, и военные действия приобрели позиционный характер.
23 июня советский представитель в ООН призвал к прекращению огня в Корее. 27 ноября 1951 г. стороны договорились об установлении демаркационной линии на основе существующей линии фронта и о создании демилитаризованной зоны, но затем переговоры зашли в тупик, в основном, из-за разногласий по вопросу о репатриации военнопленных, а также – из-за позиции Ли Сын Мана, категорически выступавшего за продолжение войны.