志愿军领导人为集中主力围歼敌人，令第１１３师坚决阻击南逃与北援之敌，第３８军主力速向第１１３师靠拢；令第４２军速向顺川、肃川攻击前进；令正面各军速向安州、军隅里方向进攻。我西线各军在清川江畔西起新安州，东至军隅里、价川，南至龙源里、三所里地域展开了激烈的围歼敌人的战斗。
为打开美第９军的退路，美第２师由北向南，美骑１师由南向北，在大量飞机、坦克和炮兵掩护下对第３８军１１３师三所里、龙源里一线阵地进行猛攻。担任堵击任务的第１１３师指战员，在随身携带的弹药多已用完的情况下，利用缴获敌人的武器与敌人搏斗，顽强地守住了阵地。突围和北援之敌相隔不到一公里，却可望而不可及。彭德怀在接到战斗报告后，在嘉奖电报上特别写到：“中国人民志愿军万岁！三十八军万岁！”
１２月１日，美第９军从三所里、龙源里方向突围无望，为摆脱被歼灭的命运，丢弃坦克和汽车２０００余辆和大量辎重，于８时掉头向西从安州方向突围。我军各部乘机各个歼敌，至１９时战斗基本结束，残敌逃往安州。我第４０军紧紧尾追逃敌，于当晚占领安州。第４２军由于在清溪里、新仓里受阻，未能按时插到顺川、肃川切断逃敌退路，敌军趁隙经安州、肃川退往平壤。
在西线战斗中，我军经数日激战歼灭了韩国第２军第７、第８师以及土耳其旅大部，并给美第２师歼灭性打击，重创美骑兵第１师、第２５师。共计歼敌二万三千余人，缴获与击毁各种炮五百余门，坦克一百余辆，汽车二千余辆，各种枪五千余支。美第八集团军司令沃尔顿·沃克中将也在仓皇撤退途中遇车祸丧生。
西线志愿军各军于１２月２日停止攻势，主力集结休整，以一部尾追敌军，向南挺进。敌军在东西两线遭我沉重打击后，被迫放弃了在平壤、谷山、元山一线建立新防线的企图，并于１２月３日开始向三八线实施总退却。１２月６日，第３９军进占平壤，随后我军南进至三八线附近。至此，除襄阳一地外，中朝人民军队收复了“三八线”以北全部地区，第二次战役宣告结胜利束。
