乘敵不備，向縣裡周圍地區的南朝鮮第三、第九2個師迂迴，實施鉗擊合圍。
東線圍殲戰役開始後。彭德懷晝夜守在指揮部裡，不斷接收來自前線的戰報。5月17日凌晨，他給朝鮮人民軍前線司令員金雄和志願軍九兵團司令員宋時輪電指示：“此戰役第一階段付出了相當大的代價，才將美軍調到春川及其以西至漢城線，使我在第二階段中才有機會以消滅李偽軍為主。因此必須克服一切困難，堅決貫徹多消滅李偽軍的精神，即是孤立美軍、分散美軍，創造今後消滅美軍的有利戰機。必須貫徹大膽迂迴與分割包圍，以達全殲敵人的作戰思想。應利用天候和敵人混亂時，不放鬆白天作戰的任何機會，並須配以適當戰鬥部隊，認真搜尋潰散之敵和武器彈藥。預祝你們勝利。”17日上午，中朝聯軍形成合圍，驚慌萬狀的南朝鮮軍，向東南突圍逃竄，但此時，退路已被志願軍切斷。中朝聯軍密切配合，對被圍之敵發起攻擊，激戰至19日，將南朝鮮第三、第九兩個師大部殲滅，繳獲了該兩師的全部重灌備。中朝聯軍還擊潰了南朝鮮第五師和第七師殘部，共殲敵1。7萬餘人。
與此同時，在中線的志願軍第三兵團也發起攻擊。殲滅美軍兩個營和法國營大部及南朝鮮軍一部，牽制了美軍第七師，使其無法東援。
中朝聯軍在東線發起進攻後，部署在西線的第十九兵團3個軍和朝鮮人民軍第一軍團於5月16日夜以一部兵力在漢城方向和漢江下游實施佯動，對敵軍陣地積極攻擊，形成迂迴漢城和渡江南進的姿態。彭德懷預先部署的這一著妙棋，果然見效。當人民軍第一軍團派出一部兵力在漢城以西渡江時，敵軍連聲驚呼：“漢城正面臨著第二次危機。”
直至5月20日，美軍第八集團軍司令範佛里特才發覺志願軍主力已東移。急令西線美軍3個師及3個旅於當日向西線志願軍十九兵團陣地猛烈攻擊。十九兵團各軍遂逐步轉入防禦。同日，美軍第十軍主力沿戰線向洪川方向逐次東移，美軍第三師也自漢城東南方向迅速東援。美軍是摩托化部隊，速度甚快，西線至東線150多公里的距離，不到一大就全部到達，堵塞了中朝聯軍的戰役缺口。此時，南朝鮮第八師亦由大田北調平昌、堤川，建立縱深防線，於是“聯合國軍”又形成了東、西相接的完整防線，再次阻擋了中朝聯軍的攻勢。5月21日，彭德懷電毛澤東並高崗說：“以前各役攜帶5天糧食可以打7天仗，因就地可籌借部分補充之。現在攜帶7天糧食，只能打5天仗，因在戰鬥中消耗，就地不能籌補。現洪川之敵頑抗不退，使我東線作戰部隊無法運輸接濟，而美第三師東調後堵塞了洪川、江陵間缺口。我軍第五次戰役西線出擊傷亡3萬，東線出擊傷亡萬餘。一月之內進行了東、西兩次作戰，部隊有些疲勞，需休整總結經驗。現第一線運輸極端困難，且雨季已近，江河湖沼盡在我軍之後，一旦山洪暴發，交通全斷，顧慮甚大。此役未消滅美軍的師、團建制，敵還有北犯可能。根據上述，我軍繼續前進，不易消滅敵人，徒增困難，不如後撤，使主力體整，以逸待勞，尋機殲敵。妥否盼示。”翌日，毛澤東覆電說：“根據目前情況，收兵休整，準備再戰，這個處置是正確的。”5月22日，中朝聯軍停止對敵攻擊，結束了第二階段戰役。
在中朝聯軍發起第五次戰役之前，從毛澤東的指示和彭德懷的戰役決心看，都設想要殲滅敵人幾個師數萬人，為什麼沒有實現就收兵後撤呢？原因仍是武器裝備太差，無制空能力，後勤供應發生嚴重困難。朝鮮地形狹長，東西兩面臨海，河流縱橫，由北向南只有幾條公路，敵機終日空襲，道路橋樑隨修隨被炸，大批車輛損壞於途。每次進攻，戰士主要依靠自攜的糧彈作戰，最長只能持續一個星期。（這次戰役第一階段自4月22 日至28日；第二階段自5月16日至21日均未超過一禮拜）。李奇微在回憶此役第一階段的情景時寫道：“在阻止中共軍隊進攻的過程中，炮兵和空軍的轟炸給地面部隊以巨大的支援。從4月21日到29日，‘聯合國軍’的飛行員們執行了7420次飛行任務；我軍的大炮持續不斷的轟擊則使整個地面佈滿了彈坑。”中朝聯軍英勇奮戰，前仆後繼，作出了巨大犧牲，在敵猛烈炮火的殺傷下，在糧彈供應十分困難的情況下，彭德懷不得不命令部隊停止攻擊，後撤休整，以利再戰。為防止在後撤時被敵人尾追，彭德懷規定各兵團後撤時要留1個師至1個軍的兵力監視敵人，節節阻擊，掩護主力轉移。彭德懷在規定了各兵團後撤路線及休整集結地區後，仍不放心，又於5月22日電示各兵團各軍，要警惕敵人再用“磁性戰”消耗疲勞