根据敌军的进攻势态，我志司立即调兵遣将，展开部队迎敌。
这一仗，是在我军处于劣势的情况下开战的。我志司深知，经过3次战役，我军的装备大量消耗，后勤保障无法及时满足部队需要；兵员消耗较大，刚补上的新兵还有待于训练；连打了3次战役的部队已经很疲惫，国内增援部队尚未赶到。但是，敌人不让我们喘息，敌人依靠其现代化的技术，迅速补充、扩编部队，马上又卷土重来了，我们不得不振作精神迎战。
在这种情况下，志司的战略计划是制定得很稳妥的。总体上，志司决定“力争停止敌人前进，稳步打开战局，并从各方面加紧准备，仍作长期艰苦打算。”在西线，力求防御，只要能阻敌进攻集团难以向前发展，即是胜利；在东线，诱敌深入，集中主力寻机反击，力争歼敌一两个师，逼敌后退。
部队展开后，我军西线由韩先楚副司令员指挥三十八军、五十军和人民军第一军团（当时简称韩集团军），在三七线以北、汉城以南西起金浦、仁川，东至骊州以北60多公里地段上阻敌，同时担任海岸防御和汉城守备任务。
东线由邓华副司令员指挥三十九军、四十军、四十二军、六十六军（简称邓集团军）在三七线以北南汉江以东、横城以西以北龙头里、阳德里院、洪川一带集结。准备反击原州、横城方向之敌。以人民军二、三、五等3个军团兵力布防，展开于三巨里、大美洞、宝来洞以北地区四五十公里地段上，掩护邓集团秘密集结，并向横城东南方向实施反击。
为防不测，志司同时电请中央军委速调第十九兵团杨得志率部队集结辽宁丹东待命入朝，加强西线防御。同时，令正在元山一带休整的九兵团两个军加强东海岸防卫，防止敌人从侧后登陆；令九兵团另一个军开赴铁原，作志司预备队。
战役打响后，首先是西线部队与敌接火。我西线五十军和三十八军一一二师打得非常好，他们在天寒地冻、装备奇缺、粮草困难的情况下，依托一般野战工事英勇抗敌，与敌激战，付出了很大的代价。特别是五十军所属部队，打得非常顽强，他们面对具有优势的强大敌人毫不畏惧，始终像钢铁盘石一样堵在那里和敌人较量。一四八师的3个团在敌军飞机、大炮和坦克的轰击下，不仅打退了敌人优势兵力的多次进攻，守住了阵地，而且给予了敌人大量杀伤。
在我西线部队有力打击敌大规模进攻的同时，我东路大军开始展开横城之战，决定先歼横城之敌3个团，然后视情再战。
战斗打响后，我东线六十六军一九六、一九七师经横城东北之弓川里、介田里，向横城东南方向突击，首先占领德高山，曲桥里，切断了横成之敌退路。尔后，我邓集团主力迅速进至进攻出发地。第四十军进至横田西北贡谷、花田里、桃源里；四十二军主力进至横城西之上古论里、上桂良地区；六十六军进至横城东北博只坪、堂巨里；三十九军预备队进至横城西北安里、儿柴里、龙头里地区。
我风尘仆仆从国内赶回前线不几天，便接受了攻打横城的任务。全军总攻横城后，我率四十二军一二四、一二五两个师连夜从横城西出发，向横城以南追击，对敌李承晚八师和美二师发起进攻。开战不久，我军即突破敌人阵地。我一二四师速占上物安里和531高地，并前出至鹰峰、鸭谷里、石子洞地区，续向福祚洞、广田进攻；我一二五师经居瑟寺，下物安里、石花村迸至横城西南回岩峰，截歼横城逃敌一部。
我四十二军和四十军、六十六军联合打了一天，打得美二师和李承晚八师挤在城南乱成一团，丢下武器辎重亡命南逃。我军集中火力，当即歼李承晚军八师的3个团。
这一次，李八师没躲过我的搜查，他们被我军打散后，又在横城西南一带山上隐蔽起来。我指挥部队用“翻毛”战术逐一搜查山坡草地和石洞，很快从我军驻地附近山上搜索出四五百人。其中还有七八十名女兵。
在我军猛烈打击下，敌美二师、李承晚八师、三师、残部急逃原州、宁越地区。我四十二军随后和三十九、四十军集中8个团，围住砥平里之美二师二十三团6000多人，迫使美军不敢出援西线进攻部队。
为迅速追歼逃敌，我奉命率一二四、一二五师南下堵美二师西进援进攻汉城之敌。我们带着1500多个俘虏过蟾江，沿原州北走了一夜，让俘虏们抬着伤兵走。这些俘虏多是黑人，很听话，省了我们许多事。次日拂晓，我一二五师攻打原州，歼灭美二师一个连。当日，双方不动，我守了一天。
黄昏时，志司急电，令我部急退。原来，我们已进敌军口袋了。我们带着伤员和俘虏连夜撤回五圣山、龙头里一线。
回到这一线后，志司要我四十二军在这一线坚守半月至一月。我们非常发愁。我们的伤员、病员大增，战斗减员相当严重，又渐近断粮、缺弹。没办法，还得坚持守阵地，每天和敌人交战。战斗最激烈时，敌人二三十辆坦克冲进了我军龙头里阵地。我们军领导亲临前线指挥，我一二四师和敌坦克群展开混战，激战一天才打退敌人坦克。敌军坦克败走，敌步兵失去重火力掩护，才慌忙溃退。
我们人力不够了，只好将机关非值班人员派去补充骨干或送粮、送弹药；没有防御器材，就用雪泥拌水冻成工事防敌步兵。可是这不是长久的办法，我们的工事只能挡住敌人步兵，根本挡不住敌人坦克的进攻。加之，我们没有炮兵优势，只有一个榴弹炮连，很难抵御敌军重炮和坦克攻击。但我们还是用生命和鲜血结成坚不可摧的防线，在五圣山、龙头里坚守了半个多月。
半个月后，我们很快接近弹尽粮绝了，但没有命令，绝不能后撤。我们全军处于极度危险之中。我们不断向志司发电报告实情。志司电告，四十军来接防，正在路上，让我们坚守。我们望眼欲穿，渴盼四十军尽快赶到。
两天以后，四十军给我们带着丰厚的弹药和粮食上来了，我们激动得热泪盈眶，不知道说了多少感谢话。可是，四十军刚接防，志司又来了紧急电令，让我们火速撤离五圣山、龙头里一线，敌军北进重兵已形成口袋，我们所防御地区不宜再守。
我们对同时运动防御的四十军领导说，我们把你们带来的装备和粮食分些给你们吧，我们带不了这么多。他们说，我们带够了的。你们自己想办法吧。没办法，我们只好立刻将望眼欲穿盼来的带不走的粮食放火烧掉了，然后急速北撤，退至元山以西阳德休整，补充人员，更新装备，以待再战。你别皱眉头，这根本不能怪我们，要怪，应该怪战争，是战争具有这种残酷的破坏性。可能这粮食不知道经过多少曲折，甚至流血牺牲才千辛万苦送到前线来的，但是，为了赢得战争的胜利，什么都得牺牲，何况粮食呢？那种条件下是绝对不能留给敌人的，留给敌人粮食，等於谋杀自己。你明白了吧？明白了就好。
第四次战役进至3月中旬，西线美军第二十四师、二十五师沿北汉江东西两岸夹击北上，已占领清平川以南之九岩里，切断了春川至汉城的公路；美骑兵第一师、陆战第一师、英军第二十七旅，亦跨过洪川江，西进占领洪川；东线敌军第一、第三军团，也突破人民军防线，进至草岘里、下珍富里。我军为争取主动，待机歼敌，迅速主动撤离汉城。
这时，我第二批入朝作战的三兵团尚在丹东集结；九兵团仍在平康、金化地区休整；战略预备队十九兵团，正在入朝途中。我军发起五次战役，必须等待这3个兵团到位后，方可展开。因此，联司指挥部急令我志愿军和人民军各防御部队从二线阵地进至三八线，坚守20 - 30天。
敌军进占汉城后，继续采取“主力靠拢”、“等齐发展”、“磁性战术”，逐步向北推进，企图依靠其机械化装备和优势火力，与我军打消耗战。我军不上敌人的当，我们装备落后，没法和他比消耗。为了对付敌军这种难以防御的齐头并进战，我军采取重点设防、梯次配置、扼守要点、以点制面的战法，实施“兵力前轻后重，火器前重后轻”的战术，以防御阻击为中心，结合反击、伏击、袭击，灵活节节阻敌，大量杀伤敌有生力量，消耗敌装备和人力，敌不但无法快速突过三八线，反而加大了伤亡。
3月下旬，敌出动飞机百余架次，空投美空降一八七团4000余人及其配属坦克和火炮于朝鲜人民军侧后汶山地区，企图切断人民军一军团转移退路。此时，人民军一军团主力已撤至临津江以北，敌军满以为可以轻轻松松吃掉后半截部队，但尚留江南的人民军部队当即收拢部队组织抗击，粉碎了敌军阴谋。
与此同时，敌速占汉城以北高阳、议政府、加平、春川、瓦野、注文津一线，齐头向北推进。敌空降团未突破人民军防御阵地，会合其正面北进部队后，立刻东迸我二十六军侧后。
我二十六军见状，急以一部分兵力反击，打退敌军进攻之后，当夜速转先岩里、七峰山、海龙山、旺方山、云岳山一线防御。次日，敌用直升机降30余人，占我两个班阵地。我二十六军扼守七峰山、海龙山，与敌激战11次，歼敌1000余名，创造了一个班用反坦克手榴弹击毁9辆坦克的模范战例。
4月15日，我志愿军第二番入朝作战部队赶到。陈赓率三兵团于伊川、铁原、平康地区集完毕；宋时轮率九兵团于平康、洗甫、淮阳地区完成集结；杨得志率十九兵团在南川、市边里、兔山地区完成集结。新入朝参战的野战炮兵第二师、第八师十一团，反坦克炮兵第三十一、三十三师，火箭炮兵第二十一师，高射炮兵第六十一、六十二、六十三、六十四师亦配属各部到位。同时，国内各部队抽调的4万名老兵和8万名新兵，亦全部补人部队。
敌军见我第二番兵团到达，加之已连战80余天，伤亡严重，急需休整，于是除留一部分部队继续骚扰性进攻，以图破坏我反击准备外，其余地方全部自动停火。
至此，第四次战役结束，我军共毙、伤、俘敌近8万人。
