1951年5月16日18时，在经过短暂的炮火准备之后，东线志愿军和人民军各突击集团按预定计划全线发起进攻。
担负县里地区作战主要突击任务的志愿军第9兵团，攻击开始后，各军按照预定计划，奋勇前进，很快突破敌军一线阵地，向敌纵深展开猛烈穿插。志愿军第20军于16日24时由九万里以东宽15公里的地段上，强渡昭阳江，多路突破敌军防线，迅速攻占富坪里一线南朝鲜第7师第8团地，打开了突破口，并立即向敌纵深发展进攻。志愿军第60师先头第178团边打边进，迅速向敌纵深勇猛穿插，沿途击溃和歼灭多股敌人，于17日7时，突入纵深25公里，抢占了后坪里、五马峙。该师主力随后跟进，于17日按时进至后坪里、美山里、旺盛谷地区，切断了县里地区南朝鲜第3、第9师南逃退路，为战役的胜利发展创造了有利条件。
中朝联合司令部于5月17日对第20军第60师第178团勇敢迂回、分割，断敌退路的英勇精神，予以通令嘉奖。[①]
与此同时，志愿军第20军第58师突破昭阳江后，也奋勇前进，向敌纵深突击，其先头第173团于18日l时完全占领龙浦公路以西一线高地，控制了龙浦公路，并与人民军第5军团第6师合钳，构成了对县里地区之敌合围的对内正面。
志愿军第27军于16日23时由九万里、苍幕洞突破，于17日3时进占桃水庵、美也洞、院巨里一线，一部攻占了于论里附近地区。该军第81师担任迂回穿插任务，师长兼政治委员孙瑞夫亲自指挥穿插营第242团第2营作战。该营不惜伤亡，不为小敌所诱，不停息地交互攻击前进，经大小战斗18次，9个小时前进60多公里，于17日5时突入敌纵深28公里，提前40分钟抢占岩达洞公路两侧高地和砧桥、坊内里诸要点，切断了县里之敌西南退路。志愿军第242团第2营刚刚进入阵地，南朝鲜第9师．第30团南撤部队即已到达，志愿军该营突然对敌展开攻击，将敌车队打乱，迫使敌狼狈缩回县里。
志愿军第242团主力紧随第2营前进，也于17日12时到达砧桥、岩达洞地区。
中朝联合司令部于5月18日对第27军第81师英勇果断，猛插敌纵深，截断县里之敌南逃退路的作战行动，予以通令嘉奖。[②]
志愿军第27军另一支突击部队第79师强渡昭阳江，首先攻占玉山洞，随即向南攻击前进，先后在甲屯里、直洞、所峙里、金富里等地歼敌多部，并在所峙里击溃南朝鲜军一部，在金富里东南歼灭南撤之南朝鲜第7师第8团第3营，于18日进至所峙里、后坪里、直洞地区。该军预备队第80师也进至于论里附近地区，准备协同第79师歼灭于论里地区之敌。
至此，志愿军第27军已突入敌军纵深20余公里，切断了敌在县里西南的退路，构成了合围县里地区之敌对外正面，并会同第20军第60师部队在上南里地区全歼南朝鲜军5个营（3000余人）。
志愿军第12军突破后，主力于三巨里歼南朝鲜第5师一部，继在自隐里北侧与美第2师及法国营（战前了解自隐里地区系南朝鲜军）展开激战，前进受阻。经过连续4次猛攻，方突破加里山敌军阵地，歼敌2个营大部。此后，在向纵深发展时，又遭到敌军的顽强阻击，激战终日，攻占扇坪。该军担任迂回任务的第31师主力被敌阻隔，至18日方进至丰岩里以北及月隐洞地区，只有1个团从敌左翼绕道插入敌纵深，于18日拂晓攻占长水院，因而未能按时达到向丰岩里、束沙里迂回的目的。
人民军第5军团突破后，动作迅速，特别是第6师第1团于17日晨攻占县里以北的贵屯里，随后坚持白天行进，于13时30分插至铁东里南山，切断了县里之敌东南退路，并与志愿军第20军合钳，构成了合围县里之敌的对内正面，受到中朝联合司令部的通令嘉奖。
人民军第2军团战役发起后，因山大并有积雪，行动困难，受阻于雪岳山地区，未能完成与志愿军第27军合钳的任务。
人民军第3军团（欠第1师）因第2军团受阻，改尾随第5军团进入战斗，进占望对岩山、琉璃峰、西林里地区。
战至5月17日晚，志愿军和人民军已经完成了对县里地区分割穿插，切断了敌退路，并构成了对敌的内层包围，但尚未完成对该敌的外层包围。县里地区的南朝鲜军在志愿军和人民军的猛烈突击下，溃不成军，四处逃散。
在这种情况下，5月17日1时，彭德怀司令员致电东线中朝军队前线指挥员金雄、宋时轮，对战役发展作明确指示：此战役第一阶段付出相当大的代价，才将美军调到春川及其以西至汉城线，使我在第二阶段中才有机会以消灭伪军为主。因此，必须克服一切困难，坚决贯彻多消灭伪军的精神，即是孤立美军，分散美军，创造今后消灭美军有利战机。必须贯彻大胆迂回与分割包围，以达全歼敌人的作战思想，必须利用天候和敌混乱时，不放松白天作战的任何机会，并须有计划地组织军、师、团直属队，配以适当战斗部队，认真搜索溃散之敌和武器装备。预祝你们全胜。[③]
