我第38军第113师强突敌阵，歼灭敌1个连。担任迂回任务的第114师快速插进敌阵，在1日12时突入敌防御纵深达20公里，但在与第39军第117师围歼南朝鲜第6师时，却不料其大部已经从缺口处逃离。
随即该军主力向位于抱川之敌发起攻击，迫使敌向南逃窜。战至2日，右纵队推进到坡州里、仙岩里、七峰山及议政府东北一线。
左纵队我第42军在炮兵1个团支援下，强行突破敌阵地。第124师承担迂回任务，不顾敌机威胁、环境险阻，持续实施进攻，沿途击破敌多次阻击后，前出至敌纵深地域并切断南朝鲜第2师退路，而后继续向上南淙、下南淙等地区突击。
于2日会同第66军主力将该地区之敌全部歼灭，包括南朝鲜第2师第31团1个营、第32团2个营，南朝鲜第5师第36团1个营，以及炮兵1个营。战至2日，推进至加平、春川一线。
在志愿军连续突击下，敌第一道防线土崩瓦解，右翼完全暴露。自1月2日起，敌开始全线后撤。
面对敌军仅留下一部兵力掩护、其余大部撤离的状况，志愿军决定乘胜扩大战果，由右纵队第38、第39、第40军从不同方向对议政府发起攻势，第50军依据态势发展向汉城进击，追歼溃败之敌。
1月3日，我军转入追击作战。追击途中，我第50军在击退美军1个营的抵抗后，在高阳以南截断英军第29旅退路，经3小时激战，全歼该旅1个营和1个坦克团直属中队，缴获、击毁坦克31辆。
第39军于议政府西南与美军第24师1个团遭遇，歼敌一部，后续又歼灭英军第29旅2个连。第38、第40军于议政府东南击溃美军第24师1个团。左纵队第42军主力和第66军一部，向洪川方向追击。面对我军的强大军事压力，敌惊慌失措，于3日15时起从汉城南撤。我军抓住战机、乘胜追歼。
4日，我第39军与第50军各1个师及人民军第1军团一部夺控汉城。5日，第50军及人民军第1军团渡过汉江，发现敌军撤离后，便继续向南追击。左纵队第42、第66军先后占领洪川及其西南的阳德院里，后第42军还歼灭美军第2师一部。
战至1月8日，我军已将敌驱赶至北纬37°线附近。然而，我军未能在追击过程中大量歼灭敌有生力量，随即研判这极可能是敌有计划的主动后撤，一旦我深入敌纵深，敌可能重演仁川登陆，在侧后方登陆，对我形成前后夹击之势。据此，我军果断停止追击，第三次战役遂告结束。
此次战役，是我军对固守之敌实施的大规模攻势行动，经过数昼夜的连续奋战，志愿军突破了三八线，向南推进了约80至110公里，歼敌1.9万余人，解放了汉城，粉碎了敌假停火、真反攻的企图，从军事上和政治上打破了敌人的阴谋。
此次战役加深了敌人的悲观情绪，极大提升了华国在国际上的影响力，将战线推进到三七线附近地区。作战中，我军伤亡八千五百余人，敌我伤对比为1：0.43。
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