這時彭德懷臉上才有了笑容，對身邊的人說：“洪學智這個人，說話有點準頭兒，還是信得著的。”
這時李奇微已經發現誌願軍後續部隊上來了，不敢再攻了。
1951年4月，美、偽軍大舉向北進攻，誌願軍投入了四個兵團進行反擊，第五次戰役打響了。
陶勇的任務是協助宋時輪指揮左翼集團的第二十、第二十六、第二十七軍和第三十九、第四十軍以炮兵第一、第二、第七師各一部，擔負“三八線”以北的金化、健川一帶反擊與出擊任務。
4月21日下午，宋時輪收到誌願軍司令部下達的作戰命令後，讓陶勇立即擬定作戰方案。陶勇二話沒說，拉上參謀長覃健、參謀處長金冶，關上門。一個小時以後，門開了，作戰方案也拿出來了。對戰法頗有研究的宋時輪看過方案後，很是驚訝，讚曰：陶勇指揮打仗真有兩下子，製定作戰方案善於從敵人的弱點開刀。利用敵人的弱點，就能給敵人以致命的打擊。
第五次戰役第一階段作戰是4月22日晚打響的。誌願軍攻勢淩厲，至24日晨，已突入敵人防禦縱深30餘公裏，殲滅美軍第二十四師、南朝鮮第六師各一部，完成了打開戰役缺口的任務，將敵軍分成東西兩塊，為第二階段作戰創造了有利條件。
5月6日，誌願軍司令部下達了第五次戰役第二階段的作戰任務。要求宋時輪、陶勇除指揮第二十、第二十六、第二十七軍外，還指揮第三兵團的第十二軍，以及朝鮮人民軍的金集團，以打擊李承晚的六個師為作戰目標。任務要求首先集中力量殲滅偽第三、第八、第九師，而後再殲偽首都師、第十一師。在中朝軍隊的強力進攻下，美、偽軍節節敗退。
就在我軍準備全殲敵人之時，意料之外的事情發生了，狡猾的李奇微自從接替麥克阿瑟職務後，專門研究了誌願軍的後勤供應係統，尋找出弱點：基本保障隻有七天，七天以後部隊的彈藥即供應不上了。李奇微在美軍退到“三八線”附近時即命令不再撤退，而是集中了坦克、裝甲車在大量航空兵的支援下進行反擊，並在我軍後方部分地域實施空降。
情況變得異常緊張。
陶勇見美軍要抄我軍後尾，連續打了四次電話給第二十軍第五十八師師長黃朝天，要他把美軍擋在華川地區，不得向北移動一步。在最後一次電話中，他問黃朝天有什麼困難。黃朝天說，炮兵少了一點，能不能增加一點炮？陶勇應諾，立即調撥一個炮團給他指揮。
曾經是陳毅警衛員的黃朝天，此時十分清楚自己肩上的擔子，他在陶勇的直接指揮下，迅速率領全師將敵人頂在“三八線”上，與敵人打起陣地戰。白天他們堅守在工事裏，晚上就出來打擊敵人。戰鬥打得十分殘酷和頑強，方圓30裏的樹木、房屋給都給美軍炸光了，山頭炸平了，但美軍卻無法向北移動一步。五十八師硬是頂了一個星期，掩護了大部隊的轉移。
與此同時，陶勇掛心的另一件事就是第二十七軍的轉移。因為二十七軍轉移路上已有美軍空降兵著陸，若是硬闖，將會陷入敵人合圍之中。陶勇對二十七軍軍長彭德清說：“切實掌握敵情變化，可以繞路北移。”二十七軍經過艱苦的繞路行軍，最後終於全部安全地撤回到我軍控製地域內。而當時另一個兵團的一八〇師卻因指揮錯誤，大部潰散被俘，留下慘痛教訓。
移防元山
第五次戰役結束後，毛澤東給彭德懷發來電報，指示對美軍作戰的口子不能張得太大，必須采取“敲牛皮糖”的辦法，多打小殲滅戰，積小勝為大勝。後來，毛澤東根據朝鮮形勢提出持久作戰、積極防禦的戰略方針。誌願軍總部為貫徹這一指示，提出在東西海岸構築防禦工事的意見。第九兵團從1951年9月起，在元山地區構築防禦工事，隨時粉碎敵人的登陸計劃。他們原來的陣地交給第二十兵團。二十兵團司令楊成武率領師以上幹部到第九兵團研究防務交接。
移交之後，九兵團便到了元山。元山，位於朝鮮的中部，是一個重要港口，美軍曾多次從此處登陸，戰略地位十分重要。陶勇在軍以上幹部會議上，要求部隊盡一切力量，增強海岸及縱深防禦工事，要人在陣地在。這種工作是不能坐在家裏指揮的，他帶上幾名幹部，來到了前沿陣地。當時敵我雙方都經常派特工和遊擊隊到對方刺探情報，或捉“舌頭”，我方戰士失蹤和幹部被謀害的事時有發生，大家都很擔心陶勇的安全。有的師長對陶勇說：“我們向你保證，一定按質按量完成任務，你就不必三番五次來檢查了。”
陶勇讚賞他們的“保證”，也說著自己的道理：“你向我保證，是你師長的職責，我要來檢查，是我的職責，我們是各行其責，不能互相替代，否則就是失職。”
他和彭德清軍長一直走到前沿第七十九師第二三六團二營的陣地。王營長和粘教導員一路小跑過來向軍長報告，軍長示意向陶勇副司令員報告。陶勇和他們握手，並把身旁的朝鮮人民軍第七軍團長介紹過來。陶勇拍著王營長的肩膀說：“你們快到前邊帶路吧。”他聽出王營長的口音：“你也是膠東人吧？我原來的老部隊第四縱第十師參加過膠東保衛戰，許多傷員就是在膠東養好傷重返前線的，你們膠東子弟兵打仗很勇敢，是許世友司令員親手培養訓練的老部隊，政治覺悟高……”