在得到蘇聯(lián)的保證后，毛澤東堅(jiān)定了出兵朝鮮的決心。但是斯大林出爾反爾，蘇聯(lián)很快又表示蘇聯(lián)的空軍暫時(shí)不會(huì)出動(dòng)。毛澤東大吃一驚，13日，毛澤東再次倡導(dǎo)召開了關(guān)于朝鮮局勢(shì)的緊急會(huì)議，并最終決定出兵朝鮮。同日，羅申將毛澤東的決定通報(bào)給斯大林，毛澤東再次表示中國(guó)方面的唯一要求是：“必須有掩護(hù)我們的空軍，我們希望它盡快到達(dá)，無論如何也不應(yīng)遲于兩個(gè)月。”14日，中國(guó)正式通報(bào)蘇聯(lián)決定出兵，斯大林非常感動(dòng)，并正式通知了金日成，同時(shí)表示將為中國(guó)人民志愿軍提供技術(shù)裝備。19日，中國(guó)人民志愿軍正式跨過鴨綠江，25日同美軍交火，中國(guó)人民志愿軍的抗美援朝正式開始。

中國(guó)人民志愿軍的參戰(zhàn)改變了朝鮮人民軍的不利局勢(shì)。1951年，朝鮮戰(zhàn)爭(zhēng)進(jìn)入相持階段，雙方?jīng)Q定通過談判走向停戰(zhàn)。1951年7月10日，雙方開始進(jìn)行談判，從此朝鮮戰(zhàn)爭(zhēng)進(jìn)入了一個(gè)邊打邊談、軍事斗爭(zhēng)和外交斗爭(zhēng)交織進(jìn)行的階段。1953年7月27日，朝鮮、中國(guó)和聯(lián)合國(guó)雙方代表團(tuán)的首席代表在板門店簽署了《朝鮮停戰(zhàn)協(xié)定》和兩個(gè)附件，即《臨時(shí)補(bǔ)充協(xié)議》和《中立國(guó)遣返委員會(huì)的職權(quán)范圍》。有意思的是，不像一般談判成功后的握手與擁抱，交戰(zhàn)雙方的代表簽字后幾乎同時(shí)起身揚(yáng)長(zhǎng)而去，沒有握手，沒有擁抱，甚至沒有對(duì)視，它似乎也預(yù)示了這之后將近20年的東北亞陣營(yíng)對(duì)峙的局面。7月27日22時(shí)，朝鮮戰(zhàn)場(chǎng)的交戰(zhàn)雙方完全停止了一切戰(zhàn)斗行為，朝鮮戰(zhàn)爭(zhēng)正式結(jié)束。

朝鮮戰(zhàn)爭(zhēng)提高了中國(guó)的國(guó)際地位，同時(shí)也使美國(guó)在把“一只眼睛仍盯住莫斯科”的同時(shí)，另一只眼睛已經(jīng)轉(zhuǎn)到北京頭上。以朝鮮戰(zhàn)爭(zhēng)的爆發(fā)為起點(diǎn)，美國(guó)在繼續(xù)與蘇聯(lián)進(jìn)行激烈對(duì)抗的同時(shí)，中國(guó)也成為美國(guó)遏制戰(zhàn)略實(shí)施的主要對(duì)象。朝鮮戰(zhàn)爭(zhēng)確定了之后20多年中美關(guān)系的基調(diào)：中國(guó)與美國(guó)互相對(duì)峙，保持疏遠(yuǎn)，成為死敵。