Для координации боевых действий китайских и северокорейских войск было создано объединённое командование КНА и китайских добровольцев. Главнокомандующим этих союзных сил стал Пэн Дэхуай. Американское командование и командование сил ООН в Корее получило в лице китайского генерал-полковника достойного противника.
Уже 25 октября китайские добровольческие дивизии и войска Северной Кореи нанесли мощный удар по противнику на западном участке фронта в районе Унсана, разгромив здесь его крупную группировку, прорвавшуюся за реку Чхончхонган. В последующей затем Унсанской наступательной операции был разгромлен южнокорейский армейский корпус. В самом конце 1950 года войска Пэн Дэхуая провели успешную Пхеньян-Хыннамскую операцию, в ходе которой нанесли поражение 8-й американской армии и освободили столицу Северной Кореи город Пхеньян. После этого китайские и северокорейские войска вышли в район 38-й параллели.
В такой тяжёлой для американского командования стратегической обстановке генерал Макартур стал настаивать на применении в Корее и Маньчжурии ядерного оружия. Вооружённый конфликт на Корейском полуострове грозил перерасти в мировую ядерную войну.
В декабре 1950 — январе 1951 года Пэн Дэхуай успешно провёл Сеульскую операцию. Его войска продвинулись на юг до 37-й параллели, заняв значительную часть территории Южной Кореи, в том числе города Сеул, Инчхон, Вонджу. Американцам и их союзникам при помощи массированных налётов бомбардировочной авиации с большим трудом удалось остановить наступление с Севера. Затем войска генерала Макартура предприняли ответное наступление и оттеснили китайские и северокорейские войска к 38-й параллели.
Президент Трумэн отстраняет генерала Макартура от занимаемой должности и назначает главнокомандующим американскими вооружёнными силами на Дальнем Востоке генерал-лейтенанта Риджуэя. В апреле — мае 1951 года войска Пэн Дэхуая наносят по американской 8-й армии генерала Ван Флита два сильных контрудара и отбрасывают её на 20-40 километров к югу. Когда стороны вновь вошли на боевое соприкосновение на 38-й параллели, обе они уже исчерпали свои наступательные возможности.
Во второй половине 1951 года начались мирные переговоры воюющих сторон. К тому времени на территории Северной Кореи находилось уже 40 дивизий китайских добровольцев. В переговорах участвовали и главнокомандующие, в том числе и генерал-полковник Пэн Дэхуай. Переговоры постоянно прерывались, и в эти промежутки противники возобновляли активные боевые действия, чтобы оказать силовое и моральное воздействие друг на друга.
Американское командование провело «летнее» и «осеннее» наступления 1951 года, но китайские и северокорейские войска их успешно отразили. Командование вооружённых сил США в качестве «дополнительного» аргумента на переговорах в Корее использовало свою авиацию, которая подвергала варварским бомбардировкам не только военные объекты, но и мирные города и села Северной Кореи. Широкое применение получил напалм и ракеты. С конца июля 1951 года войска КНА, а затем и НОАК в условиях господства в воздухе американской авиации почти полностью перешли к ведению боевых действий в ночных условиях.
Большую роль в отражении воздушных налётов американской авиации сыграли советские лётчики. Они сбили в небе над Кореей более 1300 самолётов противника, потеряв при этом 345 своих самолётов. 22 советским лётчикам за участие в Корейской войне было присвоено звание Героя Советского Союза.
К концу лета 1951 года была создана объединённая воздушная армия, в состав которой вошли советские, китайские и северокорейские эскадрильи. Она успешно выполняла задачи, поставленные штабом генерал-полковника Пэн Дэхуая.
27 июля 1953 года в 10 часов по корейскому времени в Паньмыньчжоне стороны подписали соглашение о прекращении огня. 38-я параллель вновь разделила Корею на две конфликтующие части.
В Корейской войне с обеих сторон участвовало свыше одного миллиона человек, до 1 тысячи танков, свыше 1800 самолётов, более 300 кораблей. В ходе этой кровопролитной локальной войны, по данным ООН, Южная Корея потеряла 1,3 миллиона человек, Северная Корея — 520 тысяч человек, Китай — 900 тысяч своих добровольцев, США — 57 тысяч человек, войска других стран ООН — 3,1 тысячи человек. По ряду оценок, в ходе войны в Корее пострадали 3 миллиона мирных граждан.
Последней военной задачей генерал-полковника Пэн Дэхуая в Корее стал размен военнопленными с командованием межнациональных сил ООН, точнее — с американским. Он передал противной стороне 12756 военнопленных (7847 южнокорейцев, 3597 американцев и 1312 военнослужащих других стран ООН). В обмен было получено 75823 военнопленных, среди которых китайцев было более 5 тысяч.
В 1955 году Пэн Дэхуай получил звание маршала Китайской Народной Республики. С 1954 года он занимал одновременно посты заместителя премьера Государственного совета КНР, заместителя председателя государственного совета обороны и министра обороны КНР, заместителя председателя военного комитета ЦК КПК. То есть входил в число приближённых Мао Цзэдуна.
Маршал Пэн Дэхуай был сторонником глубокого изучения военного опыта Советского Союза.
Падение Пэн Дэхуая началось в 1959 году, когда он выступил против Мао Цзэдуна на Лушаньском (8-м) пленуме ЦК КПК, аргументированно раскритиковав его внутреннюю политику. В ответ на это сторонники Мао обвинили военного министра в антипартийной деятельности. Пэн Дэхуай был снят со всех своих постов и в период «культурной революции» 1966-1969 годов подвергнут жестоким гонениям.
