唯有毅然决然地出兵参战，才是对抗美援朝这一崇高使命真正有力的回应。朝鲜战争的烽火燃起后，周恩来以其卓越的领导才能，亲自挂帅外交战线的对美斗争，他通过多种渠道与方式，强烈抗议美国的残暴行径，坚定地声援朝鲜军民，为和平解决朝鲜问题倾注了无尽的心血与努力。
自6月底至10月初，周恩来多次向联合国安理会及秘书长赖伊发出严正电文，代表中国政府强烈谴责并严正抗议美国对朝鲜的侵略、对中国台湾和辽东地区的入侵，以及其破坏亚洲乃至世界和平的强盗行为。同时，他还借助印度政府的居中调解，传达中国的坚定立场与和平愿望。
周恩来比任何人都更深刻地体会到，和平的呼唤无法唤醒敌人的良知，唯有正义的武力，才能成为打击反动暴力的有效手段。基于此，周恩来明确指出，对于朝鲜问题，“我们不仅要理，更要管。但如何理？如何管？这需要我们有更为深远的决策。过去，我们曾尝试过管理，比如向联合国提出控诉，但如今，这些已远远不够，我们必须有新的决策”，“如果我们选择退让，只会缓和敌人内部的矛盾；而如果我们选择管理，则会加剧敌人内部的分裂。唯有管理，才能改变敌我力量的对比
为了对朝鲜战局进行精准的判断，总参谋部作战室与相关部门深入研究了朝鲜战场的情况、战局的发展趋势等问题，并达成了一致意见：以美国军队为首的“联合国军”极有可能在朝鲜西海岸的仁川港登陆，这是美国企图扭转朝鲜战局的关键一步棋。
1950年8月23日晚，周恩来的军事秘书、总参谋部作战室主任雷英夫向周恩来汇报了这一重要判断。周恩来听后，深感这是朝鲜战局中的关键问题，必须予以高度重视。他立即致电毛主席，简要汇报了情况，毛主席则当即指示周恩来带雷英夫前来面谈。在听取了详细的汇报后，毛主席郑重其事地说：“这个判断有道理，非常重要。”
为了防患于未然，毛主席与周恩来决定将这一重要分析通报给朝鲜和苏联政府，以供他们参考。同时，他们还责令总参谋部和外交部密切关注朝鲜战局的变化，并命令东北边防军在9月底前做好全面的作战准备。后来的战局发展，充分证明了这些看法和措施的正确性与前瞻性。正如雷英夫所言：“主席和总理在8月23日作出的那些决策，真是英明，真是及时，为我们争取到了战略主动权。如果再晚一点，我们可能就被敌人堵在家门口了。”
9月15日，在麦克阿瑟的指挥下，“联合国军”7万余人实施了仁川登陆计划。27日，经美国总统杜鲁门批准，麦克阿瑟被授权在朝鲜“三八线”以北采取军事行动，企图进一步占领整个朝鲜。面对急剧恶化的朝鲜局势，周恩来在9月30日政协全国委员会举行的庆祝国庆一周年大会上，向全世界庄严宣布：“中国人民热爱和平，但为了保卫和平，我们从不也永远不害怕反抗侵略战争。中国人民决不能容忍外国的侵略，也不能听任帝国主义对自己的邻人肆行侵略而置之不理。”
然而，美国政府对中国政府的警告却置若罔闻，不予理睬。10月1日，麦克阿瑟指挥的南朝鲜军队越过三八线。同日和3日，金日成首相两次向中国发出紧急请求，希望中国人民能在对方进攻三八线以北地区的情况下，直接出动军队，支持朝鲜人民军作战。
在此关键时刻，中共中央面临着是否出兵的重大历史抉择。从10月1日起，中共中央连续召开会议，深入讨论朝鲜战局。5日，毛泽东召集中央政治局会议，专门研究出兵抗美援朝的问题。周恩来与政治局成员及部分中央委员出席了会议。
在会议上，毛泽东、周恩来、彭德怀等人坚决主张出兵朝鲜，但也有一部分人不主张甚至反对出兵援助朝鲜，林彪便是其中之一。面对各种意见，毛主席与周恩来审时度势，经过慎重考虑，最终作出了“抗美援朝、保家卫国”的战略决策，并选定彭德怀为中国人民志愿军的统帅。这一决策不仅体现了高度的国际主义精神，更彰显了中国人民捍卫和平、反对侵略的坚定决心。
新中国面临的困难千头万绪，纷乱复杂。然而，在社会主义友好邻邦处于生死存亡的危急关头，在帝国主义的侵略铁蹄已直接威胁我国边境的严峻时刻，唯有符合国际斗争和国家安全的长远利益，才是决定出兵与否的最高准则。在这个根本性的问题上，毛主席和周恩来两位伟人的心是完全相通的。
薄一波曾深情回忆，周总理在抗美援朝问题上的态度十分鲜明，“如果美帝将北朝鲜压下去，则对和平不利，其气焰就会更加嚣张。要争取胜利，一定要加上中国的因素，中国的因素加入后，可能会引起国际上的变化。我们不能不有此远大设想。”
他还提到，“10月初，毛主席多次主持政治局会议，认真倾听各种意见，充分发扬民主，真正做到了畅所欲言。”薄一波还回忆说，“记得毛主席曾跟我谈过，我们确有困难，一些同志不主张出兵，我是理解的。但我们是个大国，不能见死不救啊！”10月5日，经过充分的酝酿与反复的讨论，中共中央作出了出兵的决策。三天后，中国人民革命军事委员会主席毛泽东签署了组成中国人民志愿军的命令，彭德怀被任命为中国人民志愿军司令员兼政治委员。
1950年10月19日晚，夜幕低垂，星光璀璨，中国人民志愿军陆军4个军和3个炮兵师，共计26万英勇将士，以雄赳赳、气昂昂的姿态，从三个方向毅然跨过鸭绿江，悄然进入朝鲜境内，与朝鲜人民并肩作战。他们的行动极端秘密，犹如暗夜中的利剑，旨在出其不意地给予进犯者致命一击。此次赴朝作战，与中国人民解放军历史上的其他战役相比，最大的不同在于：他们不仅在国外战场上奋勇杀敌，更面临着前所未有的挑战——对手是拥有现代化装备、机动性强、陆军地面火力猛、海空军占有绝对优势的美国军队。
然而，中国军队也有其独特的长处：他们政治觉悟高、士气高昂；几十年来，他们一直以劣势装备战胜优势装备的敌人，积累了丰富的战斗经验；他们擅长近战、夜战、山地战、白刃战；作战机动灵活，善于从侧面迂回包抄消灭敌人，善于分散隐蔽；他们英勇善战，不怕流血牺牲，能吃苦耐劳；而且离后方近，补给线短，这些都是他们取得胜利的重要法宝。面对这样的战役，周恩来虽不在一线，却胜似在一线，他求真务实地进行分析、研究，适时地给予正确指导，为志愿军的胜利奠定了坚实的基础。
10月24日，周恩来在政协会议第一届全国委员会十八次常务委员会上，作了题为《抗美援朝，保卫和平》的报告。在报告中，他深入剖析了朝鲜的局势，阐明了中国抗美援朝、保卫和平的正义立场。他慷慨陈词：“现在对美帝如果不抵抗，一旦输了就会处处陷于被动，敌人将得寸进尺。反之，如果我们给予有力的打击，让它在朝鲜陷入泥坑，敌人就无法再进攻中国，甚至会影响它派兵到西欧的计划。美帝国主义用武力压迫别国人民，我们要使它压不下来，给它以挫折，让它知难而退，然后可以解决问题。”
周恩来的报告统一了全党和全国人民的思想，大家万众一心，积极支援中国人民志愿军抗美援朝。11月4日，中国共产党和各民主党派联合发表宣言，声明全力支持中国人民志愿军抗美援朝、保家卫国的斗争。
在此背景下，中、朝、苏三方作战部队的协调指挥成为作战中必须解决的问题。11月中旬，毛泽东致电斯大林，建议由金日成、彭德怀和苏联驻朝鲜大使斯蒂科夫组成三人小组，统一指挥中、朝、苏三方部队在朝鲜的作战。斯大林随即复电表示“由中国周恩来统一指挥”，并将同一电报发给金日成和苏联驻朝鲜大使斯蒂科夫。关于中、朝两军作战的统一指挥问题，毛泽东、周恩来与金日成曾在北京进行过深入的协商。
最终，他们决定组成中国人民志愿军和朝鲜人民军联合司令部，由彭德怀担任司令员兼政治委员，金雄（朝方）担任副司令员，朴一禹（朝方）担任副政治委员，统一指挥朝鲜人民军和中国人民志愿军在朝鲜境内的一切作战及其相关事宜。联合司令部的所有命令都统一经过朝鲜人民军总司令部及中国人民志愿军司令部下达，确保了作战的协调与高效。
10月25日，中国人民志愿军在仓促入朝的情况下，首次与朝鲜人民一起，取得了首战胜利。当日，由于美国军队并未发现我志愿军过江，因此继续分几路向鸭绿江急进。我军先以小部队节节抗击，故意示弱，诱敌深入。当美军进入我预先隐蔽构筑的埋伏圈内时，我军突然冲入敌阵，用手榴弹、刺刀与敌混战，使敌军的优势火力无法发挥。经过10天的激战，我军以劣势装备歼敌1.5万人，将敌人从鸭绿江边打退到清川江以南，初步稳住了朝鲜战局。
11月24日，美军以21万人的庞大兵力再次发起总攻势。麦克阿瑟仍不相信我志愿军大部队已经入朝，继续大踏步向北推进。原已打得十分疲劳的中朝军队再次采取诱敌深入战术，且战且退。待侵略军兵力分散、侧翼暴露时，我军迅速发起反击，切断了敌人南逃之路。刚从华东开赴朝鲜东线的第九兵团也发起攻势，此役仅我志愿军就歼敌3.6万余人，其中美军2.4万余人。
12月3日，侵略军实行总退却；6日，朝中军队乘胜光复平壤，把侵略者赶过三八线以南，从根本上扭转了朝鲜战争的局面。1950年除夕（1951年2月5日）之夜，中朝军队又发动攻势，把战线向南推进，一度攻克汉城，歼敌1.9万余人。
在志愿军取得重大胜利后，周恩来亲自领导了朝鲜停战谈判。1951年7月，敌我双方出现了势均力敌的对峙局面，任何一方都不可能以单纯的武力解决问题。此时，谈判被提上了议事日程。为了更直接地掌握谈判情况，领导谈判桌上的斗争，周恩来精心选派了外交部第一副部长兼中央军委情报部部长李克农赴朝鲜组织具体的谈判斗争，并指定外交部政策委员会副会长兼国际新闻局局长乔冠华作为李克农的得力助手。在送别他们时，周恩来引用了一句古训：“行于所当行，止于所不可不止”，作为他们在谈判时应把握的重要原则。麦克阿瑟曾发电报：前线的彭德怀固然难缠，但谈判时的周恩来更不可小觑。
在密切关注谈判桌上进展的同时，周恩来也非常重视战场上的局势。他认为战场上的抵抗与谈判桌上的斗争紧密联系、不可分割。他明确指出：“美帝国主义用武力压迫别国人民，我们要使它压不下来，给它以挫折，让它知难而退。这样，我们就可以在联合国内或联合国外谈判解决问题，因为我们是要和平不要战争的。
”在朝鲜战争的后两年中，志愿军始终坚持边打边谈、以打促谈的方针。在这一过程中，周恩来与谈判代表保持着密切的联系。每天的谈判情况，李克农等都要向周恩来汇报。周恩来则召集相关人员研究第二天的谈判对策和发言稿，并亲自修改后发往谈判前线。正是在周恩来的精心指导下，朝鲜战争于1953年7月胜利结束。
为了确保抗美援朝武器装备、物资的充足供给，周恩来亲自领导了志愿军的后勤建设工作。在抗美援朝战争中，美军依赖其先进的武器装备，对志愿军进行了立体式的攻击，尤其是对后勤补给线的狂轰滥炸，给作战带来了极大的困难。战争能否取得最后胜利，很大程度上取决于后勤供应能否跟得上。因此，周恩来对志愿军后勤工作给予了高度的关注。1950年7月13日，中央军委决定组建东北边防军的第二天，周恩来就批示东北局和东北军区负责解决东北部队的供应问题。根据周恩来的建议，毛泽东下令重新成立东北军区后勤部及下属各系统，为东北边防军准备了大量的军需物资和各种作战装备，为志愿军出国作战创造了有利条件。
朝鲜战争爆发后，周恩来曾代表中国政府一再提出建议和警告，要求和平解决朝鲜和远东问题。在被迫进行抗美援朝后，中国人民始终没有放弃争取和平解决朝鲜问题的努力。当中朝军队把侵略军赶过三八线后，1950年12月20日，周恩来以外交部长的名义发表声明：“我们坚持以一切外国军队撤出朝鲜及朝鲜内政由朝鲜人民自己解决为和平调处朝鲜问题的谈判基础。”1
951年1月17日，周恩来又致电联合国大会，提出了召开七国会议、迅速结束朝鲜战争及和平解决亚洲问题的四项建议。6月23日，苏联驻联合国代表马立克再一次提出和平解决朝鲜问题的建议，并提议以交战双方“谈判停火与休战”和双方“把军队撤离三八线”作为第一个步骤。这个建议立即得到了中国的积极响应。
由于接连遭受中朝军队的沉重打击，美国已经看不到胜利的希望，并且因伤亡惨重而受到舆论的强大压力。因此，美国不得不接受停战谈判的建议。7月1日，朝鲜人民军总司令金日成和中国人民志愿军司令员彭德怀发表联合声明，同意与“联合国军”总司令李奇微举行停战谈判。中国政府随即派遣李克农、乔冠华赴朝鲜参加停战谈判工作。为了取得谈判的实效，周恩来对谈判工作进行了既坚决果断又细致周到的指导，展现出了他高超的谈判艺术。
夏衍回忆说：“我记得李克农、乔冠华到板门店去谈判之前，恩来同志对他们作了全面指示之后，引用了一句古语：‘行于所当行，止于所不可不止。’前一句话的意思是该做的就应该做，义无反顾；后一句话的意思是该停的时候就应该适可而止。
周总理指出：抗美是保家卫国，是当行的爱国主义的正义战争；援朝则是社会主义国家应尽的国际主义义务。可是当侵略者伤亡惨重、被迫求和的时候，那么我们就得审时度势，把战争停下来，争取在和平的环境中进行新中国的建设。当行则行、当止则止，这是周总理在外交上的一贯思想。”
