29日上午9时，韩军6师7团开始由古场经龙谷洞向南撤离，遭到118师阻击，被迫就地防御。至夜，118师向敌发起总攻，歼灭其一部，其余溃逃，潜入山谷，118师遂转入追击和搜剿，至30日，将韩军7团大部歼灭。
29日黄昏，38军主力攻占熙川，但熙川之敌已南撤，遂以112、113师沿夹清江向球场、军隅里方向前进。
美第8集团军司令沃克迅速调整部署，令韩军转入防御或保护侧翼安全，增调美军加强第一线的突击力量：将美骑一师编入美第1军，由平壤进入云山、龙山洞地区，向碧潼推进；以美9军第2师由平壤北调安州，作为美第8集团军的预备队。在西海岸的美第24师在定州超越英27旅，攻占泰川、龟城，继续向朔州前进，至宣川，继续向新义州前进。令韩军第6、8师余部和7师至球场，加强集团军侧翼防护力量，调韩军第1师由云山东部至宁边地区，保护美1军右翼安全。
至此，在朝鲜清川江以北地区，志愿军集结了10-12个师，约12-15万人，而美第8集团军则有美军3个师，英军1个旅，韩军约还有2个师，共计6-7万人，在兵力上占有2比1的优势。更重要的是我多夜间行军，走的尽是山间小路，联合国军对志愿军数量所知甚少，只模糊知道有4-6万人。
11月1日，志愿军展开云山战役。云山是朝鲜北部的交通枢纽，公路四通八达，周围群山连绵，山上密林覆盖，山谷河流纵横。
11月1日上午韩军第1师12团在美军坦克的掩护下，集中兵力向云山城北的志愿军第39军阵地发动猛烈进攻，遭阻击，毫无进展，至中午撤往立石。与此同时，115师343团攻占龙头洞东北公路两侧高地，切断了云山至博川的公路，阻击美第5团增援云山。
1日17时，志愿军39军主力总攻云山，其下属116师首先以一个连化装成韩军大摇大摆地进了云山城，进城后突然开火，中心开花成功，而后四个突击营于2日2时突入城内，并攻占了云山机场，切断了美军的后路。117师攻占三巨里，配合116师歼灭朝阳洞之美军，于2日6时进驻上九洞。
此时才知道于云山防御的并不是志愿军设想的韩军第1师，而是美军骑兵第1师。此部队以骁勇善战著称，进入云山布防的是其第8团，并加强了美第9炮兵营和第6坦克分队，另有韩军第15团协防。中美两军之战终于在云山拉开了序幕。
云山之战，韩15团遭受歼灭性打击，美第8团也伤亡惨重，无力继续防御，撤至立石、宁边、龙山洞一线。
志愿军39军立即追击，美第8团余部被围于云山城南的一片河滩开阔地上，犹做困兽斗，坚持至3日夜在弹尽粮绝、突围无望的情况下，向志愿军投降。
云山战役结束，志愿军与美军在朝鲜战场上的首次交锋，志愿军以优势兵力取得完胜。
在西线，龟城地区的志愿军66军于11月1日进至大星洞、白云洞、青龙洞地区，阻止和牵制美第24师，当晚，与美军24师第5团交火，双方对峙于八安岭。
志愿军38军则沿清川江攻击前进，于11月1日攻占球场，随即沿江东岸向军隅里、价川方向**。于2日下午，击败韩军第8师阻击部队，攻占院里，威胁美第8集团军的侧翼。
此时状况，第8集团军右翼韩军2军团处于溃退之中，而左翼美军第24师和英27旅则沿公路孤军深入，直攻至泰川、定州地区，其先头部队离鸭绿江仅有几十公里。中路志愿军39军和40军与美骑兵第1师、韩军第1师激战。而38军则连连击破韩军防线，直接威胁至第8集团军后方交通枢纽，若志愿军攻占价川乃至新安州，那么孤军深入的美24师、英27旅便有陷入包围的危险。
美第8集团军司令沃克深恐价川、新安州等交通枢纽为志愿军控制，后路被切断，使其留在清江川的部队被分割包围，各个歼灭。遂下令第8集团军清川江以北部队后撤。
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