長津湖是朝鮮北部地區最大的湖泊,海拔在1300米以上,位於赴戰嶺山脈與狼林山脈之間,由發源於黃草嶺的長津江向北在柳潭裡和下碣隅裡之間形成長津湖,最後注入鴨綠江。長津湖地區一般從10月份開始進入冬季,11月開始溫度在零下30度以下。
志願軍進入朝鮮,發動第一次戰役之後,兵力處於劣勢,武器裝備的差距更為懸殊,急需二線部隊迅速跟進,於是第三野戰軍九兵團提前入朝。志願軍九兵團司令員宋時輪,副司令陶勇,由20軍,26軍,27軍三個軍組成,其中20軍和27軍是原華野一縱和華野九縱,是華野戰鬥力最強悍的兩支縱隊,司令員分別是葉飛和許世友。
九兵團在出兵朝鮮之前一直在東南沿海地區做解放臺灣的軍事準備,是攻臺主力部隊,三個軍都是滿編制,下轄各團都是四四制,甚至是五五制的加強營。在出兵朝鮮之前,又調了三個師補充進這三個軍中,志願軍九兵團的兵力達到了三個軍12個師近15萬人的兵力。由於朝鮮戰事緊急,這支部隊還沒有準備好冬裝就提前入朝。由於國內上層有內奸洩密,九兵團入朝的計劃也全部被美軍知曉。
志願軍九兵團一直在南方駐訓,對北方的嚴寒氣候估計不足,再加上戰況緊急,所以很多部隊沒有來得及穿冬裝就開赴前線了。九兵團到達東北的時候,東北軍區副司令賀晉年看到戰士們穿著單衣單褲十分震驚,立刻把倉庫裡的五萬套棉衣棉褲全部拉了出來,並命令東北邊防軍部隊的官兵們把自己的棉衣棉褲也全部脫下來給了九兵團官兵,但還是遠遠不夠。在長津湖零下三十多度的低溫下,九兵團官兵們一個班只有一兩雙棉被,一個班也只有一雙棉鞋,還得晚上站崗的時候輪流穿,結果入朝第一天就凍死凍傷800多人。為了隱秘部隊行蹤,官兵們在叢山峻岭,皚皚白雪中艱難前進,後勤補給十分困難。
1950年11月27日晚,志願軍十幾萬大軍把美軍第十軍攔腰斬成五段,分別包圍在下碣隅裡,新興裡,柳潭裡,古土裡,社倉裡等地區。戰鬥剛開始的十個小時,志願軍因為天氣原因,非戰鬥減員就高達上萬人。29日,在打了兩天後,志願軍發現火力遠遠不如美軍,一個軍動用的火力強度還沒有美軍一個團多,根本無法按照戰前的計劃打,於是宋時輪立刻調整部署,首先集中絕對優勢兵力殲滅新興裡的美軍,然後再殲滅下碣隅裡,柳潭裡的美軍。而此時,九兵團26軍還未趕到,他們在朝鮮北部的風雪中和美軍的轟炸中艱難前行,在斷糧多日,凍傷嚴重的情況下趕來增援。
美軍在發現被分割數段後瘋狂組織部隊突圍,下碣隅裡的美軍利用空中掩護,在火力優勢下向20軍58師和60師發動猛烈進攻,企圖打開新興裡和柳潭裡美軍撤退的通道。58師和60師最後和美軍打得就剩下1500多人,兩個師合編一處,在師長的率領下向美軍發動了最後一次進攻,也被美軍火力擊潰,再也擋不住美軍。
11月30日,被凍傷的九兵團副司令陶勇親自到新興裡,和27軍副軍長詹大南指揮27軍80師和81師主力和27軍所有炮兵力量,對新興裡的美軍發動猛烈進攻,最後逼近美軍的防禦圈和美軍進行白刃戰,近戰,最後殲滅了美軍第七師31團,也就是大名鼎鼎的北極熊團。但是志願軍80師和81師也傷亡慘重,非戰鬥減員和戰鬥減員達到了百分之五十。
12月1日,美軍各部隊在飛機的掩護下瘋狂突圍,美軍飛機敢在雙方僅有50米的距離投擲凝固汽油彈,很多志願軍部隊被燒成了一片火海,但是遠處的志願軍官兵仍然在義無反顧的往前衝,場面極其震撼。志願軍58師和60師殘餘兵力為阻擋美軍撤退,把從下碣隅裡至古土裡道路上的橋梁全部炸毀,特別是下碣隅裡向南到古土裡之間的水門橋,以封鎖美軍南逃之路。
但是志願軍炸毀了三次水門橋,都被美軍從日本運來的預製鋼板重新架好,最後美軍從水門橋撤退的時候,志願軍防守水門橋的58師172團兩個連官兵已經全部凍僵。60師180團2連在守衛黃草嶺1081高地的一個連也全部凍死在陣地上,這些頑強的志願軍官兵在零下40度的天氣裡和敵人奮戰,直到凍死都在保持著衝鋒的姿勢。20軍58師和60師這兩支精銳部隊,英雄之師最後打得就剩下了200多人。
長津湖戰役結束後,志願軍九兵團收復了三八線以北地區東部的廣大區域,把美軍趕出了三八線,扭轉了朝鮮戰場上的被動局面。此戰中,志願軍九兵團傷亡5.2萬人,其中凍死凍傷三萬多人。