1953年6月8日，敵我雙方終於就攪纏已久的“關於遣返戰俘”這最後一個問題達成了協議。至此，朝鮮停戰談判的各項議程，全部達成協議。
6月19日，彭德懷司令員趕赴開城，準備在停戰協定上簽字。彭總乘坐的北京開往平壤的國際列車，徐徐駛出了北京車站，他坐在軟臥車廂裏，望著窗外一閃而過的高大樓群，若有所思。本來馬上就要舉行朝鮮戰爭停戰簽字儀式了，可是又發生了李承晚破壞協定的事件。
就在彭總離開北京的前幾天，朝鮮停戰談判各項議程已達成協議即將簽訂停戰協定，李承晚集團竟以“就地釋放”為名，扣留朝中被俘人員2.7萬餘名，破壞停戰的實現。
坐在奔馳的列車上，彭德懷反複考慮著如何采取軍事行動懲罰敵人。他感到，麵對李承晚破壞和平的嚴重形勢，不但要在政治上揭露敵人，狠戳美國政府的痛處，還需要用炮彈發言，在軍事上打擊敵人的囂張氣焰，讓敵人認識到這是搬起石頭砸自己的腳。
為實現穩定可靠的停戰，彭德懷決定再次給南朝鮮軍以沉重打擊，主要向金城以南地區實施進攻。該地區西起金化，東至北漢江，由南朝鮮軍首都師和第6、第8、第3師防守。其基本陣地構築了坑道工事和大量明暗火力點、地堡群，並以塹壕、交通壕相連接，形成支撐點式的環形防禦體係。
6月20日下午，彭德懷到達平壤。他立即與負責談判工作的李克農通了電話。詢問了李承晚扣留戰俘造成的局勢，接著又把電話打到檜倉誌願軍總部，向鄧華、楊得誌了解戰場上的情況。這個時候，經過誌願軍連續兩次的進攻，敵人在北漢江兩側的防禦體係已經被誌願軍打開了一個口子，敵人正麵在金城以南，西起金化，東到北漢江的4個師，已經孤立地突出出來。誌願軍在金城方向上也有4個軍，各部隊經過前一階段反擊作戰，軍事素質明顯提高，士氣更加旺盛，已取得對營、團堅固陣地進攻的經驗，並查明金城以南地區南朝鮮軍防禦縱深工事的情況。為有效地摧毀敵堅固工事，確保步兵順利突破和縱深戰鬥，從6月下旬開始，誌願軍在金城正麵集中各種火炮1100餘門、坦克20輛；動用2000輛汽車晝夜搶運物資1.5萬噸，並向參戰部隊配發渡河器材。
聽完這些情況彙報，彭德懷當機立斷，指示誌願軍要盡快調整部署，狠狠地打擊南朝鮮軍隊。彭總憤憤地說：“這個李承晚有服不識泰山，不給他點顏色看看不行。”
當天晚上，彭德懷給毛澤東主席發了電報，談了自己對下一步作戰的意見。彭總的電報說：“根據目前情況，停戰簽字須推遲至月底似較為有利，為加深敵人內部矛盾，擬再給南朝鮮軍以打擊，再消滅南朝鮮軍1.5萬人。”毛澤東接到電報後，考慮了一天，感到朝鮮戰爭這時簽字停戰還不成熟，便回電表示同意彭德懷的意見。毛澤東的電報指出：“停戰簽字必須推遲，推遲至何時為適宜，要看情況發展才能作出決定。再殲滅南朝鮮軍萬餘人極為必要。”
彭德懷親自主持誌願軍黨委會研究落實毛澤東指示。當時，我方兵力空前雄厚，後方公路網已形成保障能力，東西海岸防備森嚴，無後顧之憂，前線為反登陸作戰而準備了8個月的糧食和大量彈藥，新入朝的部隊憋足了勁，急切求戰。這些都是戰爭以來從未有過的有利條件。
彭德懷當即拍板決定，立即組織夏季反擊戰役的第三次進攻，指示各兵團、各軍“原預選目標，如已準備就緒者，應堅決殲滅之；如新選目標應抓緊時間進行準備”。為了加深敵人之間的矛盾，打擊李承晚的囂張氣焰，彭總指示專找南朝鮮軍隊打，“對美軍及其他外國軍隊仍不作主動攻擊。但對任何向我進犯之敵，均必須予以堅決打擊。”
在誌願軍司令部，彭德懷正在與鄧華、楊得誌商議著。
“你們想好了嗎？讓哪一個兵團來打？”彭總問道。
“20兵團怎麼樣？”鄧華說。
“楊勇、王平的20兵團，就在金城的正麵，我看可以。楊得誌、楊成武都上陣了，這回也該楊勇上了，總理說過要讓‘三楊開泰’，咱們這回就按總理說的幹吧。”彭德懷胸有成竹地說。
彭德懷話音剛落，楊得誌副司令員接著說：“彭總，我們剛剛接到20兵團的報告，他們已經作好了一切準備。”楊得誌把20兵團的準備情況向彭總作了介紹。第20兵團組織6個工兵營和11個步兵團參加搶修公路、橋梁，在作戰雙方中間地帶秘密構築大量屯兵洞，選擇了潛伏區，演練了對坑道工事連續爆破和攻擊的戰術、技術動作，按時完成了各項作戰準備。
鄧華又把給20兵團加強兵力的情況作了介紹。按照計劃，給20兵團加強火箭炮兵、高射炮兵各1個團，野榴炮兵2個營，反坦克炮兵3個連，工程兵4個營，這樣誌願軍在金城正麵的火炮1094門，平均每公裏44.8門。
6月23日，楊勇主持召開第20兵團作戰會議。出席會議的除60軍軍長張祖諒外，還有54軍軍長丁盛，67軍軍長邱蔚，68軍代軍長宋玉琳。根據彭德懷司令員“放手作戰，情況有利時向敵縱深作有限度擴張”的指示精神，第20兵團決心在牙沈裏至北漢江間22公裏地段上，采取正麵進攻、兩翼鉗擊、多路突破的戰法,首先攻占梨實洞、北亭嶺、梨船洞一線及金城川以北地區，殲滅當麵南朝鮮軍4個師的8個團另1個營,拉直金城以南戰線，爾後視情況向三天峰、赤根山、黑雲吐嶺、白岩山一線發展進攻，並準備在反撲中大量殲滅南朝鮮軍有生力量。會議決定，第20兵團組成東、中、西三個作戰集團：第60軍(附第605團)與第21軍(欠第62師、另配屬第33師)為東集團。
第20兵團參謀長肖永玖向張祖諒介紹了具體的作戰任務。兵團首長命令張祖諒指揮第60軍、第21軍第61師、第63師和第33師組成東集團。第60軍由鬆室裏、龍虎洞地段實施突擊，首先攻殲鬆室裏、龍虎洞西山守敵，爾後迅速向西南廣大洞、細峴裏方向發展，控製金城川橋梁、渡口及金城到華川公路，打敵反撲與增援，同時，以一部配合中集團殲滅585.2高地一帶之敵；爾後協同中、西集團由東及東南攻殲梨船洞之敵。第21軍接替第60軍原在北漢江以東之防務，以鞏固現陣地為主，並選擇數個敵排以下目標進行反擊，積極牽製當麵之敵，不使其西援。
為確保第20兵團右翼安全，誌願軍司令部決定在20兵團發起進攻時，第9兵團第24軍第74師加強步兵1個團又2個營，炮兵8個營，由陽地至杏亭地段實施突擊，殲滅注字洞南山、杏亭西山南朝鮮軍首都師第26團，控製上、下九井間公路，阻擊金化方向之敵東援，爾後，視情況發展進攻。
為了搶在雨季之前，戰役發起時間定為7月13日晚。
張祖諒領受作戰任務後，迅速熟悉金城地區的作戰地形。金城以南，從山所裏到金城川和北漢江的彙合處，是敵人整個防線的突出部，此處山頭連綿起伏，像一條巨人抖動的白帶，群山聳向天空，峭壁和磐石如刀削一般，易守難攻。金城西南方向，是一片開闊地，距誌願軍陣地不過千米，這也是敵人的防禦重點，縱深有10多道鐵絲網，並有100多米寬的雷區。守軍是南朝鮮軍首都師和第3、第6、第8師。這幾個師都是南朝鮮軍中的王牌，因沒有受到我誌願軍的沉重打擊，氣焰十分囂張。
7月13日，夕陽在金黃色的彩霞中滾動，落日閃入一片霞光之中。20兵團司令員楊勇下達了進攻的命令。頓時1000門大炮發出了震耳欲聾的轟鳴聲，一排排火箭炮彈飛向敵陣，如一道道劃破長空的閃電，大地抖動起來，天邊燒成了暗紅色。
20兵團的東、中、西三個突擊集團和第9兵團第24軍在經過20多分鍾的炮火準備後，同時向當麵之敵展開了猛烈攻擊，抗美援朝戰爭的壓軸戲——金城反擊戰開始了。
各路大軍向敵正麵發起了猛攻，如萬馬奔騰，勢不可擋。一小時後即全麵突破了敵人防線。誌願軍一麵圍殲各高地之敵，一麵向向縱深穿插，迅速擴大戰果，痛擊南朝鮮軍隊。李承晚一看大勢不好，便急忙呼請克拉克救援，克拉克為了挽回敗局和調整美李關係，帶第8集團軍司令泰勒匆忙趕往前線，部署反撲。14日拂曉，泰勒急調位於土城裏（金化西南10公裏）地區的美軍步兵第3師至三天峰一帶布防，並以一部向第203師新占陣地梨實洞、北亭嶺反撲。
張祖諒率東集團發起攻擊後，第一梯隊第181師配屬第68軍第202師第605團很快突破南朝鮮軍第8師防線，占領汝文裏以北高地，並迅速向轎岩山東南、竹洞、陵洞以東，北漢江以西，金城川以北發展進攻。
第605團撕開突破口後，第181師主力相繼投入戰鬥，然而卻因準備不充分，進攻正麵過於狹窄，又是橫越山脊作戰，部隊不便展開，隊形密集，傷亡很大。突擊隊第543團第7連、第9連和師直偵察連從529．3高地向南偷渡金城川被敵發現，在河中被敵炮火和機槍火力殺傷嚴重，然而官兵們仍然前仆後繼，向前猛撲，不顧重大傷亡衝上461．9高地以北無名高地。
第541團擔任突破的第1營和第2營第6連在發起攻擊後，在山脊上遭敵炮火攔阻，部隊被壓在龍虎洞西南無名高地下，攻擊至下半夜，隻占領龍虎洞西南無名高地一個角落
張祖諒獲知消息後，心靈如焚。
張祖諒立即給181師師長鍾發生打電話，告訴他，要迅速組織火力進行突破，決不能扯全兵團的後腿!
“皮旅”老將鍾發生說：“請軍長放心，我們決不會給第60軍丟人!”
此時，副軍長王誠漢也已到181師靠前指揮，王誠漢和鍾發生都是“皮旅”的老將，有勇有謀，張祖諒這才放下心來。
在鍾發生的指揮下，第541團團長王子波麵對敵人的炮火攔阻異常冷靜，在被敵人炮火壓製在龍虎洞西南無名高地下時，他重新調整了力量：一邊組織火炮掩護第2營配屬第3營第9連迅速突破龍虎洞；一邊督促從529．3高地出發的第2營第5連按原定方案插入敵陣，沿金城川北岸插向登大裏大橋，切斷敵人的退路，動搖敵人的決心。結果，第5連很快就得手了。
第1營、第3營本來是準備在第2營攻占龍虎洞以後緊隨跟進，繼續突破的，然而第2營在龍虎洞未能得手，第1營、第3營擠在後麵被敵縱深炮火攔阻，傷亡很大，戰鬥隊形也被打亂，在第1營營長負傷的情況下，教導員毫不猶豫，立刻接替指揮，迅速收攏各連殘存人員46人，改變進攻方向，跟隨第5連後麵快速挺進，將敵人的一個化學迫擊炮炮群消滅，衝上551.6高地，連續打退敵人6次反撲，直到與後續部隊會合。
與此同時，第3營也收攏部隊，攻占了472.3高地。這一下，南朝鮮軍第3師的縱深也受到威脅，被迫棄陣向南潰逃。於是，龍虎洞那邊也很快得了手。
第541團完成預定任務時傷亡也很大，全團傷亡已達1223人，其中營級幹部就有6人。也就是說，這個團是在人員傷亡過半、指揮員也傷亡過半的情況下，完成突破任務的。
14日上午，第541團在第543團協同下攻占龍虎洞西南無名高地後，乘霧濃雨大，敵飛機不能出動，炮兵失靈之機，又順勢搶占541高地。下午18時以前，第543團也相繼攻占了461．9高地以北無名高地和461．9高地，並打退敵人多次反撲。
第605團雖然在攻占汝文裏以北高地、482．2高地向西擴張時，因地形狹窄部隊擁擠，遭敵炮火殺傷嚴重，但他們作戰異常勇敢，前仆後繼地發展進攻，至下午17時，第2營攻占了巨室裏以南的585．2高地、500高地以北無名高地、685．2高地以南無名高地，並以一部搶渡金城川，進至梨船洞東北603高地與中集團第67軍會合。
這時，第181師第二梯隊第542團已緊隨第605團之後，一部由商山裏西渡金城川，協同友鄰將梨船洞的殘敵消滅，占領轎岩山東南山梁；團主力由廣大洞、細峴裏南渡金城川，進占黑雲吐嶺以西的682高地和460．5高地，並搶在敵人奉命炸毀金城川大橋的工兵之前，控製了這座大橋，為後續部隊向縱深發展奪取了重要通道。
14日18時，張祖諒指揮東集團部隊占領了預定目標，殲滅南朝鮮軍第3師第23團兩個營大部和第22團一部。為貫徹“穩紮狠打”的指導方針，第20兵團命令東集團在上述地區鞏固既得陣地，同時各以一部兵力擴大戰果。
戰役第一步任務達成後，誌願軍總部首長鑒於第一步發展順利，為貫徹“穩紮狠打”的指導方針，鞏固既得陣地，乃於14日17時起，令第20兵團以主力控製現占領線，迅速構築工事，修通道路，搶運物資彈藥，推進炮兵陣地，準備粉碎敵人反撲；而以若幹有力支隊，乘敵混亂之際，分別向南發展。
根據這個電令，第20兵團司令員楊勇下達了第二步作戰命令，要求各集團除組織部隊肅清殘敵，鞏固已占領陣地外，以不少於一個團的有力支隊，繼續擴張戰果，向南占領有利陣地。要求張祖諒指揮東集團，向黑雲吐嶺、818．9高地方向發展進攻。
這一次，張祖諒想到了使用180師。
按原計劃，第180師是東集團的第二梯隊，任務是與中集團友鄰部隊會攻梨船洞，然而因西集團發展順利，打亂了敵人，根本用不上他們了，所以任務變成了緊接第181師之後，向白岩山、黑雲吐嶺發展進攻。
14日18時，180師這支生力軍像猛虎一樣衝向金城川。
這時候，金城川一帶連日降雨，大雨滂沱，河水猛漲，橋梁也被破壞，隻有一根鋼梁懸在空中，對麵敵人的炮火也猛烈地封鎖著江麵。新修道路泥濘難行，炮兵機動、通訊聯絡和前線運輸均發生困難。
第180師師長李鍾玄指揮第538團和第540團撲進湍急的江流中。兩個團的戰士們，分別於廣大洞、登大裏兩處橫渡金城川，廣大洞沒有橋，登大裏橋也隻剩下一根懸空的鋼梁。戰士們就從水深齊腰的江水中，從一根懸空的鋼梁上，奮勇往前衝擊，炮彈不斷地在前後左右炸起高高的水柱，掀起的浪頭打在被汗水、血水和雨水浸泡的臉上、身上。戰鬥中不斷有人倒下，但絲毫沒有影響衝擊的速度。
一衝過金城川，進攻部隊便分作四路，向正拚命潰逃的南朝鮮軍部隊衝去，一邊窮追猛打，一邊向南疾進。大雨澆透了行裝，他們就把背包扔掉，衣服扔掉，隻穿背心短褲，甚至光著膀子，隻帶著槍支彈藥繼續往前追。
第538團的戰士們攀著樹枝爬過山岩，抄小路順著電話線往前追，一直追到黑雲吐嶺，一個衝鋒上去，就把南朝鮮軍第3師第23團一個營給全部解決了。
右翼的第540團於15日23時攻占818.9高地、1118高地，16日15時攻占白岩山、940.5高地一線。
戰至16日17時，張祖諒指揮的東集團第二梯隊第180師第538團、第540團完全占領黑雲吐嶺、1118高地、白岩山及以東之949.5高地至北漢江一線陣地，又向前推進了8公裏，對南朝鮮軍第2軍團防區南北交通線幹線金城至華川公路構成嚴重威脅。
16日，“聯合國軍”總司令克拉克和美軍第8集團軍司令泰勒飛抵前線，召開高級軍官會議，決定奪回失地。從當日下午開始，先後以美軍第3師和南朝鮮軍第5、第7、第9、第11師及第3、第6、第8師餘部進行反撲。此時，“聯合國軍”戰役預備隊已調近戰場，第20兵團領導決定轉入防禦，命令張祖諒準備抗擊敵人的反撲。
16日下午，“聯合國軍”的反撲洶湧而來，敵人以6個團的兵力，重點向黑雲吐嶺、白岩山至867高地一線陣地猛攻。反撲的重點是第20兵團東集團黑雲吐嶺、白岩山一線陣地。第180師的陣地承受著空前巨大的壓力。
17日淩晨，反撲達到高峰，泰勒組織了6個團的兵力，在十餘輛坦克、百餘架飛機和200餘門火炮的支援下，發起了輪番持續進攻。後麵的增援部隊也蜂擁而至。“聯合國軍”的航空兵和炮火瘋狂地封鎖著金城川的所有渡口。
然而，在張祖諒的指揮下，第180師司政後機關人員仍然冒著炮火，從齊腰深的江水中負重涉水渡河，向前沿搶運糧彈。張祖諒看到，第180師的戰士們打得非常艱苦，也非常英勇。由於已深入敵人縱深，倉促從進攻轉入防禦，第180師部隊隻能構築一般的野戰工事，而不能像占領敵人第一線陣地那樣，可以搶修敵人的坑道工事以資利用。同時，支援炮群又因連日大雨、道路泥濘和敵人炮火封鎖而不能及時前移，他們隻能利用伴隨輕便火炮和繳獲來的少量火炮支援作戰。
由於彈藥不能及時前送，戰士們打得異常艱苦。反擊的第一天，堅守1118高地的第540團6連幾乎傷亡殆盡。他們兩天兩夜沒吃上飯，也沒有水喝，派到山下取水的同誌也犧牲了，沒有工事依托，他們隻能從一個彈坑跳到另一個彈坑堅持戰鬥，連續打退敵人一個排到兩個連31次反撲，堅守最前沿的一個加強排隻剩下10個人，還有一大半是傷員，卻仍然互相鼓勵，頑強戰鬥，與衝上陣地的南朝鮮軍士兵血肉相搏，最後拉響手榴彈與敵人同歸於盡。
經過一天一夜的激戰，第180師的戰士們傷亡一半以上，3000多人的傷亡僅換取了867一個高地。這時候，第180師由於陣地過於突出，又處於背水作戰的地位，炮兵未能跟進，彈藥不能及時接濟，情況非常危急。張祖諒根據楊勇司令員的指示，及時改變決心，調整部署，令第180師除留一個營控製北漢江與金城川彙合處的461.9高地外，放棄黑雲吐嶺、白岩山、949.5高地一線陣地，轉移至金城川以北地區組織防禦，以保持主動。
17日18時，誌願軍總部發出指示，要求金城以南地區各進攻部隊緊急動員起來，搶修新占陣地工事，組織炮火，擬定作戰方案，加強交通運輸，作好各種準備，粉碎敵之反撲，並在敵反撲中，予敵更大的殺傷和殲滅性的打擊。同時，命令正麵戰線其他各軍，以積極動作牽製當麵之敵。
張祖諒率領東集團正麵的第180師，牢牢地控製住了461.9高地。直到談判簽字，南朝鮮軍先後發起多次反撲，在付出巨大傷亡代價後，未能占據東集團正麵的任何陣地。
金城以南進攻戰役，誌願軍第20兵團和第9兵團之第24軍全線進攻，將陣地前推了15公裏，收複土地148平方公裏，共計斃傷俘敵52700餘人，繳獲坦克、自行火炮35輛、各種炮339門、飛機1架，擊落擊傷敵機200餘架，取得了輝煌戰果，為配合停戰談判作出了重要貢獻。