4日接彭德懷開會的專機到達北京時，政治局會議已經開始。彭德懷當天未來得及發言，但他聽到會上有兩種意見。據他後來的回憶，毛澤東在4日的政治局會上說:“你們說的都有理，但是別人處於國家危急時刻，我們站在旁邊看，不論怎麼說，心裏也難過。”當晚，他想著會議的情況，想著毛澤東在會上說的話，認為:“美國占領朝鮮與我隔江相望，威脅我東北;又控製我台灣，威脅我上海、華東。它要發動侵華戰爭，隨時都可以找到借口。老虎是要吃人的，什麼時候吃決定於它的腸胃，向它讓步是不行的。它要來侵略，我就要反侵略。不同美帝國主義見過高低，我們要建設社會主義是困難的。”不論從國家建設的前途考慮，還是從援助朝鮮考慮，以及從社會主義陣營的影響考慮，都應出兵援朝。在5日的政治局會上彭德懷發言說:“出兵援朝是必要的，打爛了，等於解放戰爭晚勝利幾年。如果美軍擺在鴨綠江岸和台灣，它要發動侵略戰爭，隨時都可以找到借口。”因此，積極主張出兵支援朝鮮。
彭德懷認為，“我們準備不夠，敵人的準備也是不夠的，特別是美帝國主義者準備不夠。”“我們如果不積極出兵支援朝鮮革命政府和人民，國內外的反動氣焰就會高漲起來，親美派就會更加活躍。如果讓美帝侵占朝鮮，對我們就是一個直接威脅，他就會把兵力轉向越南、緬甸，到處搞鬼，我國就將陷於被動，國防、邊防都處於極不利的地位。對國外的影響也將不利於我們，有些國家就會更加傾向於美帝方麵。”三五年以後再打，讓我們鬆口氣，當然好。但三五年以後還是要打，我們三五年辛辛苦苦建設起來的一點工業，到那時還要被打得稀爛。而且對三五年我們國防建設、工業建設也不可抱有過高的期望。那時美國可能把日本、西德都武裝起來了，我們要製止侵略就更不容易。這樣細算一下，目前就打也許更有利。所以遲打不如早打。我們目前並不怕打，但我們並不希望大打，也不等於向美國宣戰，隻是以人民誌願軍的名義支援朝鮮革命戰爭。
中央政治局會議也看到，美國雖強但也有弱點，中國雖弱但也有有利條件。8月26日，周恩來在檢查東北邊防軍準備工作的國防會議上，和9月5日，毛澤東在中央人民政府委員會第9次會議上，都曾指出，美國在軍事上是一長三短:一長是鋼鐵多。三短是戰線太長，從歐洲的柏林到亞洲的朝鮮，首尾難以相顧;運輸線太長，要橫跨大西洋和太平洋;戰鬥力太弱，不如德國軍隊和日本軍隊。除此，美國的盟國西德和日本在第二次世界大戰戰敗後尚未武裝起來，英國和法國在第二次世界大戰中已傷了元氣;美國雖然握有原子彈，但蘇聯也有原子彈，並且原子彈不能輕易使用和不能決定勝負。中國困難雖多，但東北邊防軍已作了必要準備，並已調集了二線部隊;中國軍隊占有數量上的優勢，經受了20多年革命戰爭的鍛煉，官兵團結，凝聚力強，特別能吃苦，特別能戰鬥，團以上指揮員多數是身經百戰的老紅軍、老八路，人民解放軍向來有以劣勢裝備戰勝優勢裝備之敵的經驗;中國是反抗侵略，進行的是正義之戰，有中國人民和朝鮮人民的全力支援，並且中國共產黨和中央人民政府在中國人民中有極高的威信，具有強大的號召力和組織力;中國已同蘇聯簽訂了《中蘇友好同盟互助條約》，有蘇聯為後盾，可獲得蘇聯的物資支援等等。
同時也看到，朝鮮問題對於中國來說，不單是朝鮮問題，連帶的是台灣問題。美國與中國為敵，它的國防線放到台灣海峽。它侵略朝鮮，我們出兵去管，從國家安全和和平陣營的安全來說都是有理的，而美國是無理的。
中央政治局會議全麵分析權衡了利弊，全麵分析研究了參戰的困難和有利條件，意見終於達到一致，遂於5日作出了組成中國人民誌願軍，“抗美援朝、保家衛國”的重大戰略決策。在邊防軍組成時，軍委就決定粟裕任邊防軍司令員兼政治委員，但粟裕身體有病，未到職，中央和軍委考慮在邊防軍出動時，再由粟裕出任統帥。但粟裕身體未康複。因邊防軍部隊都是第四野戰軍的部隊，在改為誌願軍時，中央和軍委也曾考慮，由第四野戰軍司令員林彪出任統帥，但林彪身體也有病，不能掛帥出征。所以中央決定由彭德懷擔任誌願軍司令員掛帥出征。同時決定，誌願軍於15日出動，由彭德懷和高崗召集誌願軍高級幹部會議，研究布置。