遼陽、海城地區駐防。 1950年10月，第三十九軍改編為中國人民志願軍第三十九軍，軍長吳信泉，政治委員徐斌洲，副軍長譚友林，副政委兼政治部主任李雪三，參謀長沈啟賢。下轄第一一五師（師長王良太，政委沈鐵兵），第一一六師（師長汪洋，政委石瑛），第一一七師（師長張竭誠，政委李少元），全軍共4。5萬餘人。
10月21日，第三十九軍作為志願軍第一批參戰部隊開赴朝鮮。 第一次戰役開始後，三十九軍的友鄰部隊四十軍，首先打響了抗美援朝作戰第一槍，並在此次戰役的第一階段作戰中，全殲偽六師一個加強營，受到了毛主席的表揚和“志司”的通令嘉獎。對於兄弟部隊的卓越表現，從來不甘落後的三十九軍官兵既感到高興，又感到手癢。
第一次戰役的第二階段作戰開始了。“志司”交給三十九軍的任務是： 11月1日晚，攻殲雲山之敵偽軍第一師第十二團；得手後，再協同四十軍圍殲進至龍山洞地區的美騎兵第一師。
全軍上下憋足了勁，誓死也要在第一次戰役結束前打出個像樣的漂亮仗，為軍旗再添光輝和異彩！ 雲山位於朝鮮平安北道，周圍群山連綿，是一個僅有千戶人家的小城。 吳信泉軍長率領部隊迅速趕至雲山城外。三十九軍部隊原定於1日晚7時30分向雲山之敵發起進攻。但當部隊下午3時許進入攻擊地域後，發現雲山敵軍車來人往，頻繁運動，似有撤退跡象（實為美騎兵第一師第八團三營與偽一師第十二團換防）。關鍵時刻，三十九軍軍長吳信泉當機立斷，決定趁敵混亂之機提前發起攻擊。 下午3時30分，八個步兵團在炮兵火力的支援下，同時向雲山城外圍的美偽軍陣地發起猛攻。 擔負攻城任務的一一六師（即東野五師）再顯神威。該師第三四七團與敵激烈爭奪龍浦洞和262。8高地。激戰至黃昏，終於奪下了城外的幾個關鍵制高點，為攻打雲山立下了頭功。而第三四六團第四連則更有絕的。全連在膽大包天、心細如髮的連長率領下，從敵軍間隙中直插向雲山城下。當他們到達公路大橋時，守橋的美軍看他們大模大洋地走來，竟把他們當成了前來 增援的南朝鮮偽軍，不僅給他們讓路，還一邊握手，一邊高呼著“OK！” 全連沉著機智，大搖大擺地透過了大橋，插入城內，來到了美軍第三營指揮所。連長一聲令下，戰士們一起開火。直打得美軍猝不及防，暈頭轉向。 美營長羅伯特·奧蒙德少校，當場被手榴彈炸成致命重傷。轉眼間四連指戰員攔截汽車十餘輛，斃敵70餘名，俘敵8名，擊毀坦克1輛，使城內敵人陷入一片混亂之中。與此同時，一一五師第三四五團部隊也搶佔了諸仁橋，切斷了城內敵軍的退路。美騎八團直屬隊及其第三營共740餘人和大批偽軍，被壓堵在諸仁橋以北的開闊地帶。11月2日和3日白天，城內美偽軍在飛機、坦克的支援下拼命突圍，並先後發起了十餘次猛攻，但均被三十九軍將士們死死堵住，均未得逞。 美騎一師為解騎八團之圍，急令其第五團從博川方向前來增援，但行至途中即被一一五師第三四三團頑強地阻止在成龍洞、龍頭洞地區而不得前進。在兩天兩夜的激戰中，騎五團雖出動了55噸的重型坦克打頭陣，在飛機大炮的掩護下發起多次猛攻，卻始終未能越過三十九軍的阻擊防線一步。騎五團團長被我軍擊傷後，眼見得雲山同胞已難逃被殲惡運，深恐自己再被我軍圍殲，丟下大批屍體和雲山的騎八團部隊於不顧，率領該團落荒逃去。 美軍騎兵第一師建軍已有160年的歷史，號稱是“開國元勳師”。雖然至今名稱未變，但高頭大馬卻早已換成了坦克、大炮和裝甲輸送車，已是一支徹頭徹尾的機械化部隊。該師一直以其不敗的戰績而被視作美國陸軍的“王牌軍”。
但是歷來以善打硬仗、惡仗著稱的三十九軍，卻偏偏不信這個邪。你越是硬骨頭我越要啃！圍殲雲山美偽軍的三十九軍部隊愈戰愈勇，並且針對美軍裝備的優勢，決定充分發揮我軍近戰夜戰的特長，實施夜間突擊。激戰至3日夜晚，終於將該敵全殲。
雲山戰鬥，我軍首次以劣勢裝備，殲滅了具有現代化裝備的美騎兵第一師第八團之大部及偽一師第十二團一部，共計斃傷俘敵2000餘名（其中殲滅美軍1800餘名）；繳獲敵機四架，擊落敵機3架，擊毀與繳獲坦克28輛，汽車170餘輛，各種火炮119門，沉重地打擊了美騎一師的囂張氣焰。
美軍在雲山的慘敗，震動了白宮，也震驚了美國輿論界。美國總統杜魯門的女兒後來寫道：“在朝鮮開始發生驚人事件，第八騎兵團幾乎潰不成軍。” 第二任侵朝美軍總司令李奇微也不得不承