4月22日，第五次战役打响。东线的志愿军很快就渗透到了敌后，但是缺乏后续部队，没有取得很大的成功。英军第29旅被包围，部分逃脱。在江南岸临晋，64军和65军两个师被阻前进，三天内遭到联合国军空炮火袭击，伤亡惨重，未能完成迂回任务。在志愿军的进攻下，美军损失惨重，抗美援朝第二兵团战败。由于朝鲜军队作战不力造成重大损失，美军当场下令解散该兵团。经过一周的进攻，美军撤回首尔。按照李奇微的计算，志愿军在一周后削弱了攻势，被迫向北撤退。与此同时，联合国发起反击。志愿军和联合国军战线贴在一起，逐渐向北前进。
在第五次战役中前进的志愿军
二战期间担任美军82空师师长的李奇微，敏锐地意识到志愿军后勤补给的“短板”。
在联合国军的攻势下，志愿军在后撤中保持休整和补充。到5月16日，志愿军变更部署，在东线发动第二次反击作战。17日歼灭东线大量韩军，韩军溃散逃入深山。由于缺少弹药，志愿军就地休整并对韩军进行清剿，没有继续向纵深深入。而美军则趁势稳固了防线。21日，志愿军弹药粮食不足，停止攻势，向北转移。
志愿军开始北撤后，联合国抓住机会，十三个师展开了全面反击。三兵团60军180师计划于5月23日北移至春川、嘉平线以北地区组织防御。形势变化后，奉命留在春川、嘉平线北汉水以南地区，担负掩护伤员转运任务。
5月24日，美军24师进占春川，180师三面被围，被截断在三八线以南。25日，180师陷入联合国军的四面包围之中。这是抗美援朝战争爆发以来志愿军第一支被联合国军包围的部队。180师，被包围后，以劣势装备奋力突围。坚持到27日，60军其余部队接应未果，180师师长郑其贵下令分散突围，导致建制混乱，战斗力大减。最终180师在三八线以南被歼灭，损失7000余人，虽然包括师长郑其贵在内的4000人在日后陆续北归，但是已经不能挽回失败的后果。180师是志愿军唯一一支被敌军包围而大部被歼灭的部队，是解放军历史上最为惨痛的记忆。
6月10日，联合国部队停止了进攻。第五场战斗结束了。前线终于沿着三八线稳定下来。双方进入对抗阶段。
第五次战役的重要地图
1951年6月，第50军重新入朝，同时，华北军区第20兵团改为志愿军，由兵团司令员杨成武率领下属67、68军入朝。由于朝鲜战场双方进入对峙阶段，7月10日起，双方同意开始停战谈判。联合国军方面计划在元山港一只丹麦伤兵船上进行谈判，但在中朝方面的要求下，最终停战谈判在三八线附近的开城举行。第一次谈判中，中朝要求恢复三八线为分界线遭到美韩方面拒绝，故第一次谈判破裂。
这时，朝鲜战场进入停战谈判阶段。为了在谈判桌上获得更多的筹码，双方应该在战场上互相学习。联合国率先发起了进攻。从1951年8月18日开始，联合国在1951年夏秋季发动攻势，10月22日结束。经过两个月的激战，联合国部队平均只前进了两公里。在地面部队发动攻势的同时，联合国对志愿军后勤一线发动了长达十个月的“绞杀战”。青年志愿军空在秘密进入朝鲜的苏联空的带领下，开始了反“绞杀战”。
在空战中，志愿军空军和穿着志愿军军服的苏联空军在朝鲜北部上空建立起了世界闻名的“米格走廊”，美国空军在这里没有占到便宜。以至于美国人惊呼：“中国几乎在一夜之间成为空军强国。”例如，二战期间的美国王牌飞行员戴维斯就被年轻的志愿军空军飞行员张积慧击落。虽然志愿军空军取得了北部的优势，但是美国空军依旧占据南部的制空权。志愿军的后勤线依然受到威胁。但是经过志愿军空军和地面防空部队的努力，美军妄图通过空中优势切断中国军队后勤补给线的企图一直没有实现。
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