志願軍發動第一次戰役後，聯合國軍總司令麥克阿瑟驕橫地判斷，入朝中國軍隊總兵力不過三、四萬人，在戰略上不過是象徵性的，戰術上也僅僅是保護豐滿水電站等有限目的，因此決定發起“總攻勢”，以美第8集團軍在西，第10軍在東，發動鉗形攻勢，向鴨綠江全線推進，試圖一舉消滅在朝鮮境內的全部志願軍和人民軍，爭取在聖誕節前結束朝鮮戰爭。
此時，聯合國軍在朝鮮總兵力高達55.3萬人，其中地面部隊42.3萬人，位於朝鮮北部第一線約35萬人，而志願軍首批入朝部隊僅步兵6個軍18個師，炮兵3個師又1個團，共約23萬人，人數上處於劣勢，裝備與火力上就更為懸殊，迫切需要二線部隊迅速跟進，因此9兵團入朝參戰的時間表驟然提前。
志願軍第9兵團司令員宋時輪、副司令員陶勇，由20軍、26軍和27軍組成，共15萬人，作為原定攻臺軍的主力，3個軍都是加強編制，每個團都是四四制甚至五五制加強營。由於朝鮮戰事緊急，這些南方子弟兵來不及整訓和作好在高寒地區作戰的物質心理準備，就在開往東北的火車上接到了直接入朝命令。
1950年11月7日、12日、19日9兵團的這三個超編軍悄悄渡過鴨綠江，隨即倉促投入了自然條件異常惡劣的東線戰場，如此龐大規模的部隊調動和集結，美國航空兵偵察部隊竟一點也沒有察覺。
9兵團久居江南，一切戰備訓練都是著眼解放臺灣，現在卻來到風雪連天的高寒地區，幾乎沒有任何準備。原定在遼陽、瀋陽換冬裝的十幾萬將士只好直接渡過鴨綠江。熟悉朝鮮高寒氣候的東北軍區副司令員賀晉年，看到戰士們的單衣單褲十分震驚，立即警告道：“你們這樣入朝，別說打仗了，凍都把你們凍死了！” 他立即將庫存的5萬件日軍大衣、棉鞋全部拿出來調給9兵團使用，東北邊防部隊的幹部戰士也脫下身上的衣帽送給9兵團戰士，可這麼一點臨時調撥和脫下的衣帽，也有很多沒能來得及送上入朝的火車。
“很顯然，我們並沒有為這一大型戰役做好充分的準備。”9兵團20軍58172團1營排長王學東回憶道，“在進入北朝鮮的第一個星期，我們就遇到了一些想不到的困難。”
在1950年這個朝鮮50年間氣溫最低的冬天，9兵團每個班十多人只有一兩床棉被，夜間，戰士們將這一兩床棉被攤在雪地上，十多個人擠在棉被上互相摟抱取暖以抵禦零下30度的酷寒，入朝第一天，就凍傷800人。
“我們對北朝鮮的冬天會有多麼寒冷沒有一點概念。”王學東說，“當部隊進入朝鮮的時候，我們都沒有冬裝，沒有手套、帽子以及棉鞋等冬天的必需品。我們部隊的戰士大多是來自年平均氣溫在22攝氏度的華東地區。11月初我們離開家鄉的時候，當地的溫度還在15度左右。兩個星期後，我們到了北朝鮮，當地的溫度已經降到了零下18攝氏度。許多戰士因為凍傷和感冒而跟不上隊伍。我們師在第一個星期就有700名士兵因為嚴寒掉隊了。”
對於入朝作戰的倉促，27軍79師235團3連指導員鄒世勇也深有體會，“我們的鞋還是膠鞋，所以在零下十幾度的時候，腳都凍壞了。我們每人只有一床小薄被子，可是美軍每人都有一件大衣和一個鴨絨袋，鑽進去以後，把拉鍊一拉，特別抗寒。所以我們從服裝保暖上來說，跟敵人是沒法相比的。”
雖然遭遇極度的酷寒，9兵團入朝後還是按照預定部署，向長津湖地區開進。部隊嚴格執行隱蔽要求，夜行曉宿，嚴密偽裝，悄然進入戰區，聯合國軍雖然每天都派出飛機對該地區進行空中偵察，卻絲毫沒有發現9兵團的行動蹤跡。
事實上，寒冷的冬天給志願軍部隊的行軍帶來很大的困難。為了隱藏10多萬人的行蹤，9兵團的兩個軍在沒有卡車的情況下，穿過覆蓋著厚厚積雪的山脈和樹林。王學東回憶，“在這種情況下，行軍根本就沒有什麼速度可言。師部炮兵營中有些馬匹不肯在覆蓋著積雪的、沿著懸崖的羊腸小路上走。這樣走實在是太滑了。在這種情況下，有些同志就想出了辦法，將羊毛圍巾蓋在懸崖邊的冰雪上，用這方法使馬匹安全地通過了小路。”令人恐怖的寒冷和後勤補給的嚴重不足，導致了9兵團在11月25日，志願軍發起了第二次戰役之時仍沒有進入進攻位置，志司不得不批准了9兵團總部延期2天的請求。
行軍中的美軍有記載顯示，在戰役展開的20多天裡，零下20多度是家常便飯，受寒流影響，最低溫度達到零下30多度，很多戰士還未投入戰鬥就被活活凍死，長津湖戰役之慘烈可見一斑。
陣亡美軍，大衣和靴子已經脫下根據美國公佈的資料，在這場戰役中，美軍傷亡7000多人，其中陣亡及失蹤2500多人，凍傷減員為7300人。關於志願軍在這次戰役中的傷亡，官方沒有公佈具體數字，但是此戰出現了我軍歷史上最嚴重的凍傷減員現象，凍傷3萬餘人，凍死4000餘人，減員4萬多人。部隊之後經歷了長時間的休整，沒有參加第三次戰役。志願軍在取得巨大勝利的同時也付出了沉重的代價。
1952年9月，第9兵團從朝鮮回國，車行鴨綠江邊，司令員宋時輪要司機停車，下車後向長津湖方向默立良久，然後脫帽彎腰，深深鞠躬。當他抬起頭來時，警衛員發現，這位滿頭花白的將軍淚流滿面，不能自持。這一頗具悲情色彩的場景無疑是對這場戰役慘烈程度的最好註解。