朝鲜人民军大获全胜，但这次战斗也意味着强大的美军已经介入了。美军每天仅在釜山港就有10,000多吨货物卸载，蝗虫般的美军飞机开始飞临朝鲜半岛上空，人民军很快丧失了制空权。这一切都预示着，前所未有的巨大困难就要到来了。
    朝鲜人民军举行的第三次战役叫大田战役。7月7日发起，于20日结束。
    这时，侵朝美军陆续到达朝鲜参战。直接指挥侵朝美军的美第8集团军司令沃尔顿·沃克于7月13日在大丘设立司令部。所属美军步兵24师最先到达，除其21步兵团的一部在乌山被歼外，主力进至大田地区。7月2日，刚刚接任师长的威廉·迪安少将也到达大田指挥。该师原任师长约翰·霍奇，因对李承晚军从建军到训练都较熟悉，改派他专事整顿南朝鲜军事宜。美步兵25师于7月10日运抵釜山登陆。美骑兵第l师于7月18日在浦项登陆。李承晚的残部也都交由美军统一指挥。
    7月10日，朝鲜战争中上演了首次坦克大战，这是一场“一边倒”的恶战。美军装备的M24“霞飞”式轻型坦克率先开炮，却根本打不穿 T－34坦克的前装甲板。相反，美军M24坦克却遭灭顶之灾，在十几天的战斗中有10辆M24被T34的85毫米洞穿。美军参战的两个坦克营损失了大部分坦克，很快患了“T－34恐惧症”，见了朝鲜坦克拔腿就跑。
    在这一时期，美军企图利用大田以北的锦江和小白山脉的有利地形，构筑坚固的防御阵地，以阻止人民军的进攻，掩护美军展开和整顿南朝鲜军。
    第 8集团军，是个在第二次世界大战战火中成长起来的很有战斗力的部队，在美军中堪称精锐。该军始建于1944年6月，组成后立即开赴新几内亚，执行逐岛进攻的作战。它曾跨越一个又一个的岛屿攻歼日军，进行过多次的水陆两栖攻击作战。人们称之为“水路两栖的第8集团军”。1944年底到1945年7月，参加进攻菲律宾的作战并占领了菲律宾群岛，日本投降后，登陆日本本土，担负占领军任务。第二次世界大战期间，它的兵力最多时达到11个师3个独立团，25万人之众。
    7月初，鉴于美军地面部队已经投入了战斗，人民军最高司令部组织了前线司令部，负责第1、第2军团的作战指挥。任命金策为前线司令官、金一为军事委员、姜健为参谋长。统一指挥人民军第1军团和第2军团。战役企图是，抢在美军基本兵力展开之前歼灭锦江、安东一线之敌，而以大田为主要突击方向。
    大田这座城池是联结中部朝鲜和湖南、岭南地区的战略要地，是李承晚退出汉城宣布的“临时首都”。金日成将军亲临前线，指挥了这次战役。
    越战越勇的朝鲜人民军，7月13日进抵锦江，星夜强渡成功。这时由公州向论山挺进的人民军以一部向东迂回至大田以南，另一部进至大田以西。与此同时，由清州南进的人民军步兵和坦克的联合部队进至大田西北和北部地区。7月19日下午，完成了对大田的包围。7月20日拂晓，人民军各部密切协同，对大田发起总攻。
    亲临大田前线指挥的24师师长迪安从睡梦中惊醒，他的整个24师兵力分散，大多数士兵没有战斗经验，并因屡遭败仗而士气低落。迪安所在前线指挥部所能指挥的部队不超过三个营，他企图率领部队向东南突围，但退路已被切断。美第25师和骑1师的增援，也被阻住。
    经过激战，人民军的坦克突入大田市区，美军24师残余部队被分割成小块，各自为战。迪安也自己扛着“超级巴祖卡”火箭筒，带着一个反坦克小组到处去打人民军的坦克。人民军从19日夜又开始了新一轮进攻。20日，人民军突进大田市区。迪安随第24师残部向沃川撤退。由于弄错了通往沃川公路的拐角，迪安一行的两辆吉普车迷路了。行至大田以南1英里的地方，两辆吉普车遇到路障，并遭人民军狙击手的袭击，迪安等人只好弃车逃到山里。
    美军最早到达朝鲜的第24师，从7月5日的乌山战斗至21日，在17天的战斗中损失兵员7305人，占总人员的45.6%和装备的60%。
    7月21日，与部队失去联系的迪安被认为已经战死，美军立即任命了新的第24师师长。
    迪安一行在山中寻路南逃。21日夜间，迪安口渴难忍，就独自一人循着流水的声音去找水喝，因天黑失足滚下了山坡，肩部和肋部骨折，头部也受伤，失去了知觉。随行人员四处寻找没能找到他，只好离去。迪安苏醒后孤身在锦山南部地区徘徊，寻找美军部队。由于染上了痢疾，并且觅食困难，迪安虚弱消瘦，形容枯槁。8月 25日，徘徊36天的迪安在大田以南35公里的镇安附近被朝鲜人民军抓获，成为朝鲜战争期间美军战俘中军衔最高的人。
    威廉·迪安在战俘营中生活了3年，1953年9月4日在板门店被遣返。当他回到美国自己家时，看见家中悬挂着一枚美国政府于1951年2月16日颁发给他的荣誉奖章，奖章颁布的理由是他为美国的利益而“光荣战死”。
    7月20日12时，人民军攻克大田。大田战役以人民军的胜利而结束。
    对于这场美军24师被打得落花流水的战役。杜鲁门却把它吹嘘为“美国防军史上光荣的一页”。麦克阿瑟也说，这是一场卓越的阻击战，打得巧妙而勇敢。但是，做了俘虏的迪安却有另外一种评价：“大田的悲惨结局……对于那些迷茫、困倦、零零落落穿过市区的士兵——这些士兵在不到一个月前，还在过着养尊处优的占领军生活，他们身旁有日本姑娘陪着，喝着香槟或啤酒，并且有人替他们把皮鞋擦得照亮——和我都是可以料到的明明白白的事。”
    等到10个多月以后，1951年5、6月，美国参议院军委会和外委会举行的“麦克阿瑟事件听证会”时，美国参谋长联席会议主席布莱德雷才承认：“没有想到北朝鲜像后来事实证明的那样强大，我们根据我们的情报而低估了他们的人数，他们的装备，他们的作战能力，至少在开始时是如此。”
    战争进行到现在，从表面上看，美军特别是南朝鲜军一溃千里，人民军在大田似乎又取得了一次巨大的胜利，但是在胜利背后却埋藏着深深的隐忧，因为时间已经不站在人民军这一边了。
    美 24师在大田与人民军缠斗了12天，虽然最终不支溃退，但为美军大批援军的到来争取了时间。这期间美25师，骑1师先后登陆。在美国从釜山海运的每天一万多吨物资的支援下，几近崩溃的南朝鲜军也缓过了气，在中线与人民军第二军打成了僵局，使人民军的进攻变成了平推。到7月底，南朝鲜军靠大抓壮丁，兵力恢复到了85,000人，加上约4万美军，总兵力已经超过了前线的人民军。而且美军的增援还在源源不断的赶来。不仅如此，人民军突破的尖刀——T－34坦克部队也不再锋利。随着美军大量M26“潘兴”式重型坦克的到来，再加上89毫米“超级巴祖卡”火箭筒等反坦克武器，T－34不再是无坚不摧。在大田战役中，人民军损失了15辆以上的坦克。
    因此，从大田战役开始，双方力量对比发生了质的变化。人民军取胜的可能性已经非常渺茫了。虽然由于具有高昂的斗志和顽强的精神，人民军此后又取得了一些胜利，但终究会有寡不敌众的一天。
    血战洛东江大田战役之后，李承晚的“临时首都”由大田迁至大丘。美国第8集团军都已展开部署完毕。后续美军第2师、陆战队第1师的先头部队也已到达。
    人民军很快制定了第4次战役计划：击溃永同，咸昌，安东地区敌军，突破小白山脉，前出至洛东江，并争取在行进间渡过该江。金日成亲临前线，针对坦克部队的突击力大大削弱，美军空中优势明显的情况，要求部队改变单一的进攻方式，多穿插，多迂回，多夜战，加强诸兵种的协同作战。
    当时的情况是：美骑1师和25师防守永同、尚州一线，在他们的右翼是南朝鲜军，负责守备小白山脉各山口，左翼则是一个由于大田失守而产生的巨大缺口，有大约100公里宽，直到西海岸。迫不得已，沃克只得将已经“半身不遂”的美24师去掩护左翼。
    人民军以最精锐的第4、6师投入美军左翼的缺口，长驱南进。其余各师攻击中线和右翼敌军，以突破小白山脉。
    东线的人民军积极采取渗透，迂回等方式向敌侧后穿插。而有过多次痛苦经验的美军对此特别敏感，一旦发现后方出现人民军就纷纷撤退。人民军就是用这种战术于7 月25日攻克永同，31日攻克尚州。美军的士气几乎跌落到了冰点。由黑人组成的美24团尤其突出。21日，该团3营擅自放弃醴泉，并报告说是被敌人击退的，但前往调查的团长却无论如何也找不到曾交过战的一点点痕迹。此后，该团各营稍有风吹草动便没命地往回跑，搞得美军只得将一个白人营放在24团后面看着。
    和美军的黑人弟兄相比，素有畏敌如虎“光荣传统”的南朝鲜军也不遑多让。7月22日，在防卫颖川的战斗中，美军为防南朝鲜军逃走，特地派了一个加强连作为南6师的支柱。结果第二天早上他们才发现周围的南朝鲜军全消失了，自己已经落入了人民军的包围。
    到 7月底，伤亡惨重的人民军基本上突破了小白山脉，但在美军的强大炮火和空袭下，各师几乎都损失过半。而且，美军的撤退主要是因为恐慌和担心后路被切断，兵力损失并不大。因此形势仍然不容乐观。在西线，人民军1军团军团长金雄显示了非凡的洞察力，他果断派出4、6师实施了被称为“朝鲜战争中最成功的机动”的大迂回。人民军4师攻击安义和居昌的美24师，同时掩护6师的南下。在攻击开城的战斗中立下奇功的人民军6师在方虎山率领下，离开汉城－大田－大邱的中轴干线，踏上了隐藏在天安－群山－全州－顺天－晋州－釜山的一条绕来绕去的简易公路，目的只有一个，攻占美军的补给中心釜山。
    正如英国的军事理论家利德尔·哈特所说，绕道的远路也许就是离家最近的路。该师从7月13日通过礼山开始南下。很快占领群山港，20日攻占全州，23日进入光州。就在此时，方虎山犯了一个让后来的所有军事评论家扼腕痛惜的错误：他没有全力以赴地向釜山进军，而是把部队分散，花了几天宝贵的时间拿下了木浦，宝城，顺天，丽水等港口，一直杀到对马海峡，从而丧失了轻取釜山的最佳机会。
    尽管如此，这一机动还是完全打乱了美军的计划，美国公开史料也不得不称赞说：“北朝鲜第6师的机动是在朝鲜战争中最成功的机动之一。”到了25日，该师距离釜山只有140公里了。
    沃克中将原本把注意力都集中在正面突破的人民军各师，对于这样一支“幽灵之师”突然在侧后出现大为震惊，原来驻扎在日本的部队能抽调的基本上都已经抽调完了，而本土来的增援部队一时还无法赶到。按计划，从夏威夷来的第5团战斗群、美2师9团7月31日才能到达釜山。在之后的1周里，美第一陆战旅、23团和 4个坦克营将陆续赶到。问题是，如果人民军在这之前拿下釜山，一切就全完了。
    眼见火烧眉毛，沃克急得几乎发了疯，将一切能动用的部队全部调往西线。驻冲绳的29团在釜山一上岸还没来得及试射火炮，校正武器就被派往前线，受命立刻对25日晚被6师攻克的河东进行反冲击。结果，27日上午，美 29团3营糊里糊涂地掉进了方虎山精心设置的“河东陷阱”中。
    缺乏战斗经验的美国大兵们走走停停，东张西望，当他们通过河东山口时，突然遭到人民军6师从3个方向高地上发起的攻击。经过几个小时的激烈战斗，美军全营溃散。尤其在通过一条无名小河时伤亡特别惨重，河只有7米宽，但有2米深，而且水流很急。人民军的机枪火力封锁了河上惟一的桥梁，许多美军在桥头被密集的火力打死，而试图游过河的几乎都被湍急的水流冲走。该营有352人死亡或失踪，52人负伤，完全丧失了战斗力。挂着南朝鲜军第3军团长空名的的前总参谋长蔡秉德少将恰好随该营行动，战斗一开始就被当场打穿了脑袋。
    与此同时，防守安义的美24师部队再次在人民军第4师的攻势下崩溃了。29日凌晨，人民军第4师开始围攻居昌。战斗刚打响，人民军游击队员渗透到美军炮兵阵地附近用英语大喊“想要命的快跑”。神经高度紧张的美军炮兵连和护卫的步兵一起立刻掉头就跑。其它部队也跟着发生了混乱，全线崩溃。人民军乘势攻克居昌。
    到了7月31日，人民军再克晋州，并前进到离釜山仅45公里的马山正面。胜利仿佛正在向人民军招手。然而，正是在同一天，美军本土2个团的增援部队在釜山登陆，并与从东线抽调的美军21、27团、南朝鲜军17团一起投入到马山正面。其兵力远远超过了进攻的人民军。
    8月1日，沃克下令美军全线总撤退，龟缩到釜山防御圈。行进间攻克釜山的计划落空了，人民军不得不停下来准备强攻。在与时间的赛跑中，人民军失败了。至此，战争速战速决已经不可能。
    在华盛顿，杜鲁门对朝鲜战况焦急万分，一想到还要依赖盛气凌人的麦克阿瑟指挥美国部队，他就气不打一处来。总统命令参谋长联席会议：“……告诉麦克阿瑟，总统要他每天作出全面汇报。”早在第二次世界大战期间，杜鲁门向国家安全委员会抱怨说：“实际上我还要打电话给麦克阿瑟，才能从他那里获得信息。”现在杜鲁门发誓，这种事情以后再也不会发生了。
    杜鲁门心怀疑虑，而麦克阿瑟则对此感到厌恶，大发牢骚：“这太令人气愤了。我当参谋长的时候，可以随时与赫伯特·胡佛总统对话，但是现在，不仅要通过陆军参谋长，还要通过陆军部长和国防部长。这么多头头脑脑都在耽误时间，简直是岂有此理！”