11月下旬,志愿军的局部反击结束。双方继续谈判,确定了以实际控制线为军事分界线的原则。由于双方的条件过于悬殊,停战谈判整整进行了两年。两年内,朝鲜半岛构筑了世界上最大的防御体系。200万军队在这里驻扎。美军利用装备构筑了立体的纵深防御体系,而志愿军则建立起了庞大的地下坑道体系。在这样的环境下,双方战线已经很难在改变了。
进入1952年,美军由于无法取得突破,居然发动细菌战。美军不但在朝鲜战场散布细菌,而且在中国沿海地区也散布细菌,造成中朝军民很大的伤亡。志愿军防化兵部队开始了一年的反细菌战作战,开展各种防疫措施,有效控制了疫情。同时,在国际上,中朝方面揭露美军使用细菌武器的行径,在道义上获得了胜利。
1952年10月,联合国军发起“金化攻势”。10月14日,美军开始对上甘岭(即597.9高地)志愿军发起进攻,上甘岭表面阵地全部被摧毁,志愿军伤亡500余人。坚守上甘岭的志愿军第15军在15日因弹药不足撤出上甘岭,同时于当日晚立即夺回上甘岭。此后,志愿军与敌军对上甘岭进行了反复的争夺。18日晚,135团2营通讯员黄继光在爆破美军火力点的战斗中,在多次负伤,爆破器材用尽的情况下,以身体挡住了美军的射击孔,英勇牺牲,为后续部队前进赢得了时间。20日,美军占领上甘岭所有地面阵地,志愿军转入地下坑道与美军继续作战。10月25日,志愿军第12、15军派出5个师增援上甘岭,击退美军,收复高地。经过反复争夺,11月5日志愿军全部收回上甘岭高地,11月25日完全收回537.7高地。到11月26日,美军停止对上甘岭的攻击,整个战役结束。这次战役创造了现代作战史上坚守防御的典范,成为了中国人民志愿军最经典的战役。
1953年夏季,志愿军和人民军发起夏季反击作战。由于韩国总统李承晚破坏停战,扣留中朝战俘,并扬言“单干”“北进”,7月13日,志愿军20兵团发起金城战役,针对金城以南韩军四个师发起大规模作战。战役开始后,志愿军迅猛攻击,14日由203师的一个排由排长杨育才带领下全歼韩军首都师第一团团部,即著名的奇袭白虎团。在金城战役进行的过程中,停战谈判正在进行。志愿军取得胜利后坚守阵地,一直到7月27日停战协定签订,取得了战役的胜利。