15军入朝就赶上了第五次战役。在第一阶段的进攻战中，15军先重创了菲律宾营，然后又歼灭了美3师二个连。在大水洞和沙五郎峙，又和美2师38团大战了一场，俘获美军300余人。

在后撤转移阶段，志愿军遭到美军机械化兵力的穿插分割，一时陷于混乱之中。15军此时已全军断粮，但在秦基伟的指挥下灵活机动地迅速撤出了险境。为了稳住整个战线，奉彭老总的命令，15军在角圪峰、朴达峰一线迎头堵住美25师、美3师和加拿大旅，整整苦战了10天，终于完成了战略任务。此役15军伤亡 1200余人，伤敌数千，打掉4架敌机，还打出了一个一级英雄柴云振。

五次战役后，15军休整了9个多月，又被放到了朝鲜中部的平康谷地担任守备任务。

1952年10月14日，范佛里特指挥的联合国军向上甘岭地区的597.9高地和537.7高地北山发起了突然进攻，这就是着名的上甘岭战役。

守卫这两个高地的是15军第45师。联合国军以美7师进攻597.9高地，以韩2师进攻537.7高地北山。在火力上，联合国军占有极大优势，在进攻第一天就集中了320门大口径火炮和27辆坦克同时向597.9高地和537.7高地北山猛烈轰击，远东空军的30多架轰炸机也飞到战区上空轮番轰炸，平均每秒钟就落下6发炮弹。轰炸了一个小时后，美韩军凶猛地向高地扑来。

面对如此突然而猛烈的打击，45师守备部队顽强地挺住了。他们与美韩军苦战了一天，打退了敌人的十几次进攻，拼死保住了一部分阵地。入夜后，志愿军发起了反攻，将高地上的美韩军全部赶了下去。第二天，美韩军在猛烈的炮火掩护下又攻了上来，志愿军顽强抵抗，最后伤亡惨重退守坑道。到了夜里，志愿军再次组织部队反攻，一夜苦战夺回阵地。如此的情景日夜不断，双方进行了你死我活的反复拉锯战。

1984年国庆，邓小平、胡耀邦、秦基伟在天安门城楼上观看接受检阅的海、陆、空三军、二炮、武警及民兵队伍

上甘岭战役是由小到大打起来的，后来则成了牵动整个战争的敏感神经。这两个高地价值并不是很大，但双方为了在谈判桌上争到更多的筹码，也是为了军人的荣誉，而必须要死战到底。在火力劣势的情况下，15军集中了全部人力物力支援上甘岭的战斗。整个战役经历了阵地攻防战、坑道战、炮战，打得精彩纷呈，是15 军战史上前所未有的。为了向前线运送物资弹药，多少战士牺牲在了炮火封锁线上，甚至连秦基伟的警卫连指导员也一去不返。志愿军战史上着名的特级战斗英雄黄继光，就是在反击597.9高地战斗中牺牲的。

15军在上甘岭大战中一直打到了11月5日，才将两个高地的守备交给了新上来的12军部队，而战役指挥仍由秦基伟负责。在这二十天的血战中，45师牺牲 3076人，负伤5676人，1万多人的步兵师几乎打光。在整个上甘岭战役中，15军伤亡1.14万人，其中牺牲5260余人，占15军建军以来牺牲总数的三分之一。

上甘岭战役一直持续到了11月25日，联合国军进攻43天，只夺下了537.7高地北山的两个小阵地，而伤亡惨重，终于停止了攻势。15军一战成名。