5月20日，李奇微指挥的“联合国军”按照预定计划发动全线反攻，总兵力达到四个军，十三个师。双方在前线展开激烈战斗。5月21日，由于补给已经出现较大困难，在美军明显的反攻态势面前志愿军总部发布命令，尽快结束五次战役。前线志愿军和朝鲜人民军各部收缩兵力，开始向三八线方向后撤。
东线和中线各军，依托险峻的山地，经过麟蹄馆向北方退却。断后的60军遭到美军猛烈攻击，尽管军长韦杰堪称一代名将，但已经疲惫不堪的部队在优势美军的攻击下如同压弯的弓弦岌岌可危，180师落入美军包围。
西线各军，正处在汉江两岸，这里主要是平原和丘陵，和平时期是朝鲜最富庶的稻米产区。无险可守的情况下，美军如同附骨之蛆一样紧紧追赶，断后的一个军仅仅三天就连连告急。
十几万志愿军官兵中，除了大批的伤员以外，几乎都在徒步后撤。紧紧跟在他们后面的，是美军的坦克，汽车和装甲车。很多当时的老兵回忆，向铁原的后撤是一生中少有的窝囊仗。老兵的原话是：“我们白天走，晚上走，不停步地走，刚想停下来歇口气，美国兵已经到身后了。”美军的汽车只要加一下油门，就可以赶上志愿军走上两个钟头的了。
在朝鲜坎坷不平的道路上，志愿军的体力在急剧消耗。在平原丘陵地带，大兵团对大兵团，装甲部队追击徒步行军的步兵，以被称作“范弗里特炮火”的强大火力攻击缺少弹药和口粮的敌军；在铁原南面的整个战场上，一切，似乎都落入了美军最熟悉的套路。