從1951年10月25日誌願軍40軍118師在溫井打響第一槍到開始醞釀雲山戰役之前，彭德懷總司令的心一直在懸著。聯合國軍過快的北進速度讓原本的殲滅戰打成了遭遇戰，38軍和39軍還沒有全部抵達戰場，好在40軍的118師和120師出色地完成了任務。
118師在溫井殲滅南朝鮮第六師二團的一個炮兵營、重創兩個步兵營後，其353團又調頭追擊已經推進到楚山（中朝邊境）的南朝鮮第六師七團。最終，3552人的第六師七團只有875人逃生。120師在雲山阻擊了南朝鮮第一師三天，等來了39軍的接防。接著，他們在戰鬥中又重創了南朝鮮第八師和第六師的三個營。可以說，在雲山戰役前40軍居功至偉。
到了10月28日，志願軍各支部隊已經全部到達指定戰場。儘管在前三天的戰鬥中南朝鮮軍遭到了巨大的打擊，可志願軍一直沒有和美軍正面交鋒。由於40軍120師在雲山拖住了南朝鮮第一師，美第八集團軍的司令沃頓派出騎兵一師前去增援。可是，他們不知道阻擊的部隊已經換成了39軍，更重要的是騎兵一師和南朝鮮第一師已經被三面包圍了。
聯合國軍在西線行軍過程中，南朝鮮軍負責美軍的右翼安全。然而，隨著南朝鮮軍一次次被志願軍打垮，右翼已趨向崩潰，而沃頓卻仍然要求雲山的騎兵一師和南朝鮮第一師向前進攻，這就給志願軍殲滅騎兵一師提供了戰機。1950年10月31日上午9點，彭德懷下達了雲山戰役的作戰方案：
1、38軍迅速殲滅球場之敵，沿清川江左岸向院裡、軍隅裡、新安州方向突擊，斷敵退路。
2、42軍125師向德川突擊，阻敵增援（42軍125師配屬38軍在西線作戰，124師和126師在東線作戰）。
3、40軍於11月1日晚包圍寧邊的南朝鮮第一師並相機殲滅，之後向燈山洞方向突擊，切斷敵人退路。
4、39軍於11月1日晚開始進攻雲山之敵，協同40軍圍殲美騎兵一師。
從這份作戰方案不難看出，39軍主攻不假，可38軍切斷美騎兵一師逃向清川江南岸的退路同樣至關重要。毛主席在這個作戰命令下達之前的10月30日特意囑咐彭德懷：“此次戰役能否大獲全勝取決於38軍的穿插是否及時、是否堅決、是否到位，能不能將美軍的退路封死。”
由於38軍穿插的重要性，彭德懷命令39軍軍長吳信全：“必須等到38軍接近指定位置後再開始發起總攻。”然而，戰場上戰局的發展不會總按照人們的計劃進行。
1、39軍提前一個半小時發起總攻。39軍的總攻時間原定在1950年11月1日19：30，可116師師長在視察軍情時發現敵人可能要撤退。經過和軍長吳信全商議，將總攻時間提前到17：00。戰役結束後，39軍的將士才知道當時是南朝鮮第一師和美騎兵一師在換防。
2、38軍繼“黑人團”事件後又一次沒有穿插到位。38軍在入朝第一戰就因“黑人團”事件被彭德懷狠批。此次戰役，他們10月31日攻佔新興裡、蘇民裡地區後，11月1日向球場方向進軍，11月2日才到院裡地區。這離目的地價川、軍隅裡、新安州一線還有很遠。美第八集團軍在11月2日時已經開始撤退，38軍沒有完成包圍敵人的任務。
3、40軍沒有包圍寧邊地區。40軍沒有突破寧邊地區的防線主要是因為他們不僅僅要面對南朝鮮第一師，還有從泰川撤退下來的美二十四師。在強大的火力面前，40軍傷亡很大，最終沒有切斷美軍從這裡到清川江的退路。
儘管38軍和40軍都沒有完成戰前的任務，可也有一定的客觀因素。38軍由於道路不熟且途中有些迷戀小型戰鬥；40軍從10月25日一直打到11月3日，近十天的連續作戰已經讓部隊非常疲勞，更重要的是補給不暢，戰士們都是餓著肚子在戰鬥了。
縱然是這樣，雲山戰役還是收穫頗豐，具體戰果如下：殲滅美騎兵一師八團大部分、南朝鮮第一師十二團一部，共殲敵2046人，其中美軍1840人，繳獲飛機4架，擊毀、繳獲坦克28輛，繳獲汽車116輛、各種火炮190門以及大量槍支的彈藥。
也許，比殲敵數量和諸多戰利品更重要的是中美兩軍終於正面交鋒了。雲山戰役後，志願軍戰士明白了：只要戰術得當，堅決、果敢，即使是強大的美軍也一樣可以戰勝。另外，對於38軍和40軍而言，又分別有一個“意外之喜”。
38軍在經歷了第一次戰役的各種“失意”後，終於在第二次戰役爆發。松骨峰阻擊戰、奇襲武陵橋、奔襲三所裡，他們終於打出來一個“萬歲軍”。就像後來梁興初將軍所說的那樣：“我梁興初一個人的榮譽不算什麼，可不能辱沒了38軍。”
儘管40軍在寧邊沒有突破美二十四師的防線，可他們卻在戰鬥中繳獲了兩種武器：無後坐力炮和火箭筒。志願軍總部把它們送回了國內，很快這兩樣東西就被仿造出來，並迅速地裝備了中國軍隊。