朝鲜停战谈判从1951年7月10日开始。谈判地点最初设在开城，10月25日移至板门店。根据双方协议，谈判只涉及军事方面而不包括政治方面。要解决的主要问题是：第一，设立军事分界线；第二，停战监督和战后限制朝鲜全境的军事设施；第三，交换战俘。谈判拖延两年之久，中间打打谈谈，直至1953年7月才结束。
谈判开始后，美方拒绝朝中方面提出的以三八线为军事分界线的建议，要求将分界线划至朝中军队阵地的后方，以作为对美方海、空军优势的“补偿”。这一无理要求被朝中方面拒绝后，美军即于1951年8月在东线发起夏季攻势，9月又在西线发起秋季攻势，企图以军事压力获得谈判桌上得不到的东西。中国人民志愿军和朝鲜人民军坚决予以抗击，采取阵地防御和运动反击相结合的作战方法，粉碎了敌人的攻势，共歼灭美军和韩国军15.7万余人，取得消灭敌人有生力量的重大胜利，有力地配合了停战谈判。其间，美军还进行所谓“绞杀战”，出动大量飞机，以摧毁朝鲜北方铁路为主要目标，封锁阻止志愿军的物资运输，企图迫使志愿军因粮弹不济而屈服。志愿军空军、高射炮兵、铁道兵、工兵、后方勤务部队及在后方休整的各兵团各军等协同作战，顽强进行反轰炸、反“绞杀战”斗争。经过十个月坚韧不拔的努力，终于建成“打不烂、炸不断的钢铁运输线”。在反“绞杀战”中，年轻的志愿军空军以空中“拼刺刀”的勇气，频频出动作战，给号称“王牌”的美国空军以沉重的打击，共击落敌机330架，击伤敌机95架。中国国内部队作为后备军轮番入朝作战，迅速取得对美军作战的经验，大大增强了志愿军的有生力量。1952年初，中朝方面发现美国侵略者不顾国际公法，在朝鲜战场和中国边境海防地区使用细菌武器。中朝军队和两国人民全面开展了反细菌战斗争，世界进步舆论对美国予以强烈谴责。为了防止病菌和疫情的扩散，中国在国内开展了全民性的爱国卫生运动。
中朝军队强有力的军事斗争，终使谈判双方于1951年11月27日初步就军事分界线问题达成协议，决定以实际接触线为界，双方军队各由此线后退两公里作为非军事区。这条分界线与中朝方面原来主张的三八线相差不多。1952年5月，双方又解决了停战监督和战后限制朝鲜境内军事设施等问题。但是，在战俘问题上双方的主张截然对立。朝中方面坚持按照国际惯例和《关于战俘待遇之日内瓦公约》的有关条款遣返全部战俘；而美方则蓄意刁难，拒绝按国际公约实行遣返，提出要根据每个战俘的“意愿”实行所谓的“自愿遣返”。在战俘问题陷入僵局之后，新任美国远东军和“联合国军”总司令克拉克，下令加强对朝鲜北部战略要地的轰炸，施加更大的军事压力，并采取强行扣留中朝被俘人员、停止谈判等手段，企图迫使中朝方面屈服。中朝军队一面在谈判中进行针锋相对的斗争，一面大规模构筑坑道工事和坚固的防御体系，以“零敲牛皮糖”的战法积少成多，开展战术反击，予敌以重大杀伤。10月14日，克拉克在金化郡地区发动自1951年秋季以来规模最大的所谓“金化攻势”，对处于战略要冲的上甘岭实施猛烈进攻，最多时一昼夜发射30万发炮弹、飞机投掷500多枚重磅炸弹，致使山头的高度几乎被削低两米。志愿军依托坑道工事顽强抗击，与敌反复争夺阵地，使敌军付出伤亡2.5万人的惨重代价，上甘岭阵地依然牢牢控制在志愿军手里。
在持续两年的打打谈谈中，美国不断向中朝方面施加军事压力，将其全部陆军的1/3、空军的1/5和海军的近半数投入朝鲜战场。中朝人民军队针锋相对，以打促谈，使敌人在谈判桌上得不到的东西，在战场上也同样得不到。停战谈判所取得的每一步进展，事实上都是中朝军队在战场上给予敌人进攻以沉重打击的结果。
