在人民军从汉城朝釜山外围进军的时候，参联会的成员们飞往东京与麦克阿瑟协商，他们带来了总统的问题：究竟能不能守住釜山。
    在第一大厦的会议室里，面对参联会一帮忧心忡忡的将军，面色灰暗的麦克阿瑟仍以一贯的自信语气告诉他们，他有信心保住釜山。他敦促参联会要“强行征用太平洋上的每一艘船”，并巩固美国在朝鲜的实力。“让往常的商业活动见鬼去。”没有人就到底是欧洲重要还是远东重要进行争论。“我们或是在此地胜利，或是在所有的地方失利。但是如果我们在此地胜利，我们就有更多的机会在所有的地方胜利。”
    为了做到这一点，麦克阿瑟打算部署反攻。虽然还不能说出他将在何时、何地发动反攻。但是有一点毫无疑问：他决心要消灭人民军，而不仅仅是将其逐回三八线以北。一旦成功，联合国就可以“平息朝鲜局势并统一朝鲜”。
    朝鲜战场上的战斗仍在紧张而激烈的进行，人民军兵临釜山，但他们面对的是麦克阿瑟在釜山以北50英里处——这里刚好在该城市火炮的射程以外——使用3个师部署成一个长达30英里的弧形阵势。
    美军第8集团军司令沃尔顿·沃克中将，是一个又矮又胖，十分好斗的得克萨斯人，绰号“斗犬”。在第二次世界大战期间，沃克是由于担任赫赫有名的乔治·巴顿将军麾下一支装甲部队的指挥官而出名的，可谓强将手下无弱兵，但他是否能在一场情况复杂、形势危急的防御战中，出色地指挥一支没有经验、训练不足的军队还值得怀疑。
    当美军前沿阵地受到人民军潮水般的进攻时，沃克显然对训练无素的美军和南朝鲜部队守住防线的前景绝望了。7月26日，沃克通知东京，他打算撤退。他将把指挥所转移到釜山。第二天上午，气急败坏的麦克阿瑟赶紧飞往朝鲜，想赶在这位第8集团军司令撤退之前见到他。麦克阿瑟严厉地说：“ 沃克，你可以作所有你想做的侦察。如果你要准备应急战壕，也可以让你的工兵开始工作。从这道防线上撤退的命令要由我来下达。在这里不允许有敦刻尔克式的仓促撤退。不许向釜山撤退。”
    遭到严厉的训斥后，沃克壮起胆子向他的部队发出了“死守”的命令：“这里不是敦刻尔克，不是巴丹，谁要是向釜山撤退，就会出现历史上最大的一次屠杀。我们必须战斗到最后。与其被这些人俘虏还不如战死疆场。我们要同心作战，如果我们当中有些人必须牺牲，我们就一起战斗而死。”
    从8月5日开始，没有经过休整的人民军决心乘美军立足未稳，一鼓作气夺取最后的胜利，于是对釜山防御圈开始全面进攻，这就是著名的八月攻势。
    人民军虽然仍旧保持着高涨的士气和英勇顽强的意志，但力量对比却已悄然扭转。到7月底，入朝美军已经有4个师55,000人，加上83,000名南朝鲜军，总兵力达138,000。而前线的人民军各师兵力却只有不足70,000人，仅为敌军的一半，坦克部队也已经消耗殆尽，后勤跟不上，部队普遍吃不饱饭，幸亏部队的骨干都是4野久经沙场的老兵，才使部队保持了高昂的斗志。人民军仍然前赴后继地拼死向前冲锋，美军却只能死守釜山防御圈，还好几次都给弄得险象环生。奇怪的是，双方似乎都相信人民军要比美军兵力强得多。
    人民军八月攻势的中心是首先拿下大邱，为此集中了六个师的主要兵力向大邱突击。此刻美军兵力大增，沃克在麦克阿瑟的催促声中，正积极准备反突击，拟以美25师，陆战1旅，5团，29团和南朝鲜军一部，共24,000多人，100多辆坦克，发起“基恩作战”，进攻仅6000人的人民军6师。
    8月5日开始，人民军4个师开始强渡洛东江，与美骑1师，美24师展开全线激战。8月6日，人民军在洛东江突出部夺得登陆场，向大邱前进。美、南朝鲜军不停的实施反冲击，洛东江突出部成为一片火海。
    8 月7日，“基恩作战”正式展开。恰好在这一天，无所畏惧的人民军第6师也发动了攻势，双方针尖对麦芒，发生大规模遭遇战，战场犬牙交错，美军形容当时的情况说：“要想弄清谁进攻谁是困难的”。然而，经过一天的激战，美军兵力火力的优势还是显示了出来，人民军顶不住了。方虎山自知实力不济，果断采取了“放开大路，退守两厢”的战法，以一部沿晋州－马山公路且战且退，主力则进入公路两旁的大山中，伺机出击。
    被打怕了的美军将信将疑，小心翼翼地前进，但出乎他们意料之外的是，直到8月11日到达指定目标－晋州山口为止，始终没有与人6师主力决战，而自卫能力很差的美炮兵部队却甩在了后方。8月12 日凌晨1时，人民军突然对凤岩里峡谷防守稀松的美炮兵部队发起攻击。经过一夜战斗便吃掉了美军的两个野战炮兵营，重创了剩下的一个。惨遭损失的美国人后来称这个峡谷为“炮兵的坟墓”和“血的峡谷”。同日，陆战1旅也遭到了人民军伏击。沃克寄予厚望的“基恩作战”损兵折将，只好草草收场，正好洛东江突出部又吃紧，美军赶紧将主力投入洛东江突出部。
    此时，对于大多数北朝鲜人民来说，尽管前线的局势埋藏着隐隐的忧患，但胜利似乎触手而及，在短短一个多月的时间里，人民军面对强敌节节取胜。勇往直前，把美军和南朝鲜军压缩到洛东江以东的狭小地区，解放了南朝鲜90％以上的地区和92％以上的人口。在解放了的南半部国土上，实行了土地改革、劳动法令，采取了教育、文化、保健等有利于人民的措施。在胜利中，朝鲜人民军迎来了8月15日祖国光复五周年的光辉节日。
    平壤沉浸在胜利的气氛中。金日成在庆祝“八·一五”祖国光复5周年大会上发表讲话，不时为雷鸣般的掌声所打断。他向全军发出命令：要使8月成为完全解放朝鲜国土的月份！“给敌人以最后的，致命的打击！”，同时号召南朝鲜后方的游击队起来打击敌人。
    几乎是在同一时刻，洛东江突出部的战斗已经进入了最紧急的关头。由于美军已经构筑了绵亘的战线，人民军过去屡试不爽的拿手好戏——穿插，迂回都用不上了，只能冒着敌人的炮火奋不顾身地冲锋……在付出了极大牺牲之后，人民军击退了美骑1师、24师和南朝鲜军1师的部队，形成了对大邱合围之势。8月14日，人民军5个师开始了对大邱的向心突击。美军集中了所有预备队进行反攻。8月15日，美24师首先败下阵来，转入防御。16日，美军以98架B－29进行了地毯式轰炸，人民军嘲笑说这次轰炸只炸死了两只鸡，攻势仍丝毫不减。17日，美军孤注一掷将陆战1旅等部队投入进攻。
    双方的装甲力量再次碰撞，美国海军陆战队首创了用坦克炮击毁T－34的记录。8月15日，人民军第107坦克团的一队T－34坦克在倭馆附近同美军陆战1旅的M26坦克部队相遇，结果在交火中全部被M26轻易击毁。此后，美军昔日的梦魇——T－34坦克被炮手轻蔑地称之为“鱼子酱罐头筒”，意为击穿T－34坦克的装甲板就像开罐头一样容易。人民军仅存的装甲优势最终丧失殆尽。
    18日，大邱第一次落下了人民军的炮弹，吓得李承晚赶紧带着南朝鲜政府迁至釜山。然而，就是在这一天，人民军的攻势停下来了，于19日开始撤回洛东江西岸。在洛东江突出部的战斗中，人民军第3，4，10，12师都几乎拼光了，只剩下2,000－3,000人。
    可以说，第4次战役是人民军最后一次胜利，而作为该战役最后阶段的八月攻势则是人民军的第一次失利。
    八月攻势结束后，人民军面临的形势更加严峻。前面是敌军的坚固防御，而且敌人的援军还在不断赶来，而人民军精锐已经消耗殆尽，后勤又跟不上，虽然动员了30 万民工运输，但补给线实在太长，美军的空中封锁着实厉害，人民军战士们已经很长时间一天只吃一、两顿饭。最要命的是，广大的后方和新解放的南方地区非常空虚，主力部队全到了第一线，只剩下些新组建的部队和治安军。
    金日成已经收到来自中国的警告，美军极有可能在仁川等海港登陆，但此时已别无选择，如果抽出兵力巩固后方，做好抗登陆准备，则意味着只能放弃对釜山的进攻，一旦美军和南朝鲜军元气恢复，再实现统一恐怕遥遥无期。如果集中一切力量发动最后一击，只要突破了釜山防御圈就可以直接把美军赶下大海，还怕什么登陆？
    人民军最高司令部最终选择了继续对釜山进攻。
    然而，至9月1日，双方兵力对比是1∶2，而且人民军中一半以上是新兵。坦克对比是1∶6，海空力量更是不用提了。这意味着九月的一搏将只能是血与泪的结局。
    8 月中旬，人民军确定了第5次战役方案。鉴于敌军已经形成了绵亘的战线，无法迂回穿插，因此决定从多个正面发起进攻，但主力仍是三路并进（马山，大邱，东海岸），大邱为主。首先围攻大邱，而后进攻釜山。人民军决定以第1军团攻击马山、灵山正面（洛东江突出部）而后切断大邱－釜山公路；第2军团主力突击大邱，另外第5，12师沿东海岸向浦项——釜山前进。8月27日，东线人民军开始了进攻。第5次战役——九月攻势开始了。
    当日凌晨，人民军12师突然对南首都师发起袭击，仅几个小时战斗，南朝鲜军首都师即全线溃退，人民军攻克杞溪。28日，人5师开始进攻浦项的南3师阵地。东线一下子紧张起来。美国公开史料叙述其情况说：“敌人的这次进攻，使第8集团军像被大铁锤打下来似地感到惊慌。”美军匆忙派第1军军长科尔塔少将指挥美21团、坦克73营等部队在舰炮的支援下进行反击，双方发生激战。南朝鲜军士气低落，美空军和海军赶紧给予优先支援，1艘巡洋舰和3艘驱逐舰向被视为人民军的补给点兴海发射了 125毫米炮弹1,500发，使那里成为一片火海，但人民军攻势不减。
    沃克正对东线的局势着急，8月31日，人民军第1军团又在南线发起总攻。次日，人民军全线突破美军防御，攻克咸安。人民军2、7、9师强渡洛东江成功，一举突破洛东江突出部，逼近灵山。沃克急调预备队的美24师和27团增援灵山正面。同时打算使用原定参加仁川登陆的陆战一旅进行反冲击。9月2日，南线战斗达到了高氵朝，人民军猛攻灵山。美军大量投入了M26重型坦克参战，阻止了人民军坦克部队的推进。同时，沃克也下了狠心将陆战一旅投入反冲击。然而奇怪的是，作为人民军预备队的10师却一直按兵不动，直到战役结束。
    9月2日夜，大邱方向的人民军第2军团发起总攻。但是第13师19团作战主任金成俊却于前一天叛变投降，透露了总攻计划的全部情况，因此失去了战役的突然性。但即使是这样，人民军的猛烈突击仍然冲垮了美骑1师的防御。次日，美陆战一旅在灵山方向发起了反冲击，双方均伤亡惨重。危急之时，美军内部却吵成一团，美陆战1师师长史密斯少将态度强硬，拒绝一切折衷方案，坚持不归建陆战 1旅就不去仁川。而此时离仁川登陆的预定时间9月15日只有不到两周了。
    当晚，在远离战场的东京，远东舰队司令官乔伊中将、被预定作为第7 联合部队司令官负责仁川登陆的第7舰队司令官斯特鲁布尔中将强烈支持史密斯少将的主张，仍然不依不饶地向“联合国军”参谋长兼第10军军长的阿尔蒙德少将等陆军将领讨要陆战1旅，麦克阿瑟左右为难，但在他心目中仁川登陆的重要性还是压倒了一切，他最终作出裁决：“告诉沃克，令陆战旅归建。”但实际上沃克厚着脸皮又拖了一段时间，才把部队放回陆战1师。
    9月3日夜，全线都在激战。东线人民军突破了新增援的南朝鲜军5师，美21团防线，开始进攻庆州。战至4日，美军防线漏洞百出，随时有全线崩溃的可能。美军指挥部连夜起草了5日进行总撤退的命令，但沃克毕竟是久经沙场的老将，扣住这个命令没有下达，并且鼓励手下的师长们说：“我打算在大邱街头上战斗”。9月5日当天美军共损失1,245人。大邱方向，美骑1师开始崩溃了。东线，人民军攻克浦项。釜山人心惶惶，南朝鲜政府准备退往济州岛，济州岛似乎要成为第二个台湾。
    然而，也就是在这一天，人民军的攻击力也达到了极限。南线的攻击力一下子锐减下来。这预示着九月攻势又要重蹈八月攻势的覆辙。
    美军终于得到了一个至关重要的喘息机会。沃克将陆战1旅归还陆战1师，将美24师转用于已经接近崩溃的东线。同时还把刚到达战场的英军第27旅也投入了大邱方向的战斗。其他两个方向人民军的攻势仍在进行着。9月8日，东线的人民军15师攻克永川，从侧面逼近大邱。南朝鲜军5、8师和11团立刻被投入该地域，以绝对优势的兵力对突入的人民军15师从3面围攻。就在这一天，人民军前线司令部参谋长姜健在一次空袭中阵亡，年仅三十二岁。
    9日，人民军5、12师击破了南朝鲜军3师和美19团防御，进至庆州近郊。但此时美24师已经转用到了东线，在美24师，南3、6、8师在舰炮与飞机支援下的反扑下，人民军被迫后撤。10日，人民军15师在敌军的围攻下被打垮了，参谋长金延上校牺牲。
    至此，东线人民军的攻势也以失败而告终。只剩下中央（大邱）方向了。从8日开始，人民军就与美、南军反复争夺大邱周围的几个制高点。战斗极其激烈，山头完全被炮火所覆盖，双方各占据一个山坡，进行激烈的白刃格斗和手榴弹战。在这次战斗中还发生了兄弟相残的悲剧，打扫战场的南朝鲜兵发现了身负重伤正在呻吟的亲弟弟，为减轻弟弟的痛苦哥哥朝他的胸口补了一枪，眼睁睁看着他在自己怀里死去！
    14日，人民军的部队开始有了撤退的迹象。美军决定从16日开始全面反攻。其实，仁川登陆在15日就开始了。
    轰轰烈烈的第5次战役最终失败了。究其失败原因，除了战役中人民军在各部队协调和配合方面犯下的错误之外，最主要也是最根本的还是双方的力量对比实在是相差悬殊，最后的结局只能注定如此。