抗美援朝戰爭打響之後，志願軍和美國軍隊經歷了幾次大規模的戰鬥，雙方對彼此的戰略戰術都有了一定的了解。志願軍後勤補給方面存在的困難也被美軍掌握，聯合國軍總司令李奇微根據志願軍的作戰特點，得知志願軍的糧食彈藥補給只夠維持七天的時間，於是在第五次戰役後期的時候，聯合國軍的美英軍主力組織了大量以坦克，裝甲車為主的先遣隊，在飛機的掩護下，對志願軍發動反攻，同時命令空軍大規模轟炸志願軍後方基地，給志願軍各部隊造成了很大的傷亡。
志願軍當時在撤退的時候，由於美英軍的裝甲部隊行動迅速，發生了嚴重的混亂，志願軍60軍180師幾乎全軍覆沒。最後彭德懷和李奇微都把目光盯在了一個非常重要的地方，那就是鐵原。鐵原地區鐵路縱橫，是通往三八線最便捷的交通樞紐，也是通往志願軍的後勤補給基地，志願軍的物資和後方機關，當時也正在從這裡後撤，前線陸續退下來的部隊，也都紛紛向鐵原地區靠攏，他們需要在這裡獲得補給，然後建立一條新的戰略性防線。
更重要的是，如果我們觀察鐵原地區的衛星地圖，就會發現，鐵原緊鄰三八線，地形以山區和丘陵為主，往北則是一馬平川，這裡也正是最適合聯合國軍機械化部隊行動的地區，如果被敵人搶先佔領鐵原，那到了平原地帶，志願軍的兩條腿不可能跑得過美軍的汽車輪子，聯合國軍會利用他們絕對優勢的飛機大炮對志願軍進行合圍追擊，那時候會造成不可想像的後果。
1951年5月27日，美第八集團軍司令範弗裡特率領美騎1師、美25師、英28旅、英29旅五萬多人在飛機坦克的掩護下逼近鐵原20公裡處，範弗裡特指揮部隊快速推進，就是為了拿下鐵原，斷我志願軍將士回撤的退路。在後撤大軍命懸一線的時候，彭德懷下令19兵團63軍守住鐵原，63軍接到命令後立刻開赴鐵原。
1951年5月30日凌晨時分，美軍第八集團軍司令範弗裡特在一個小時內，向鐵原志願軍的陣地上傾瀉了多達4000多噸的炮彈。美軍最開始打的是地形險要的187師陣地，但是在看到地勢過於險要後，轉而對蔡長元率領的189師陣地發動猛烈的進攻。此戰中，蔡長元一改往日集中優勢兵力的特點，將副師級幹部派到下面各團中，將副團級幹部派到各營中，還將全師化為200個多單位，分散到戰場的各個地方，讓範弗裡特的大炮找不到重點的方向轟炸。
蔡長元的做法讓美軍的火力優勢大大減輕，美軍不得不憑藉優勢兵力和猛烈的炮火，陷入耗時耗力的"拔釘子"的戰鬥中。雙方激戰三天三夜，189師由於傷亡慘重，不得不撤下陣地，188師接替了189師的陣地。張英輝的188師6月3日接替189師進入陣地，他發現鐵原城有原韓軍留下的許多戰壕和防炮洞，於是他命令部隊把所有的戰壕全部挖通，改造成了縱橫交錯的塹壕防禦網，美軍的坦克裝甲車在這些塹壕中損失慘重，先後有100多輛美軍的坦克裝甲車被志願軍擊毀，張英輝還組織大量的狙擊手，對美軍重要目標和軍官展開射殺，也取得了不錯的戰果。
等到187師接替陣地的時候，陣地被打的就剩下了一小塊，防禦工事也被炸得千瘡百孔。187師師長徐信知道無論如何也守不住了，但是這位膽大的師長做出了讓軍長傅崇碧都十分吃驚的決定，那就是對美軍進行反擊。在前一陣的戰鬥中，63軍有一個炮兵團和一個火箭炮營一直沒有用，一是怕被美軍空襲，不敢用，二是因為彈藥量太少，傅崇碧為了支持徐信的行動，把炮兵力量全部拉了出來。
由於63軍在和美軍作戰的過程中沒有用過炮兵，所以美軍以為63軍沒有炮兵，也就沒有做防炮準備。63軍的炮兵在凌晨兩點，對美軍陣地展開了猛烈的炮擊，一口氣把所有炮彈都打出去了，引爆的美軍彈藥庫比志願軍的炮火還要猛烈。志願軍的步兵還沒等炮火準備結束，就衝出了陣地，美軍一口氣後退了30多裡，很多美軍連衣服都沒穿好就趕緊跑，嚇得三天都沒有反應過來。
187師的反擊結束後，63軍官兵撤離了陣地，當各部隊撤下來的時候，大部分戰士只剩下了一條褲衩和一支彈倉空空的步槍。彭德懷親自趕去看望63軍將士，他眼眶溼潤地說：「祖國感謝你們，我彭德懷感謝你們。我要向祖國，向黨中央，向毛主席匯報，你們是真正的鐵軍。」整個鐵原阻擊戰，63軍三個師和軍直屬隊共擊斃擊傷俘虜聯合國軍21654人，63軍三萬名官兵也打的就剩下一萬餘人。