在军指挥所里，秦基伟连续七天七夜几乎没合眼，全靠一天吸两三包香烟支撑着，他极力按捺住心头的怒火，保持冷静，沉着指挥。秦基伟命令部队：“为了全局，十五军打光了也在所不惜。”
1950年冬，党中央、毛主席决定派遣中国人民志愿军进行抗美援朝保家卫国的消息传来，秦基伟的心立刻飞到了朝鲜战场，他主动请缨出征，获得中央军委批准，被任命为中国人民志愿军第三兵团第十五军军长。秦基伟在誓师大会上带头立下自己的誓言：“不树英雄榜，便涂烈士碑”。
1952年10月14日，正值美国大选和联合国大会前夕，白宫和五角大楼为改变他们在朝鲜战场和谈判桌上的被动困境，调集重兵发动了所谓“金化攻势”，举世瞩目的上甘岭战役开始了。
这次进攻是由侵朝美军第八集团军军长范佛里特亲自指挥的。10月14日凌晨3时，美军集中16个炮兵营的300门大炮、40架飞机和120辆坦克，向上甘岭地区五圣山前沿的597.9和537.7高地北山进行规模强大的火力准备。
我军阵地内，平均每秒钟落炮弹6发，终日落弹达30万余发，飞机投炸弹500余枚。597.9高地和537.7北山表面阵地工事大部被摧毁，山上的岩石变成粉末。4点半，美七师第三十一团、韩二师三十二团及第十七团1个营，共7个营的兵力，在空中和炮兵火力、坦克的支援下，分6路向我597.9高地和537.7北山发起猛烈进攻。与此同时，敌以4个营的兵力向我西方山和芝林方向前沿阵地实施牵制性进攻。阵地上空硝烟弥漫，尘土飞扬，天昏地暗，日月无光。
战争，对于战士来说是枪对枪刀对刀，而对于指挥员尤其是高级指挥员来说，则是智谋和意志的较量。
上甘岭战斗打响后，为了加强五圣山方向的火力，志愿军司令部给十五军配属一个19管的“喀秋莎”火箭炮营。这种炮是苏联造的，在当时是新式武器，一按电钮，19枚炮弹像一条火龙流泻出去，半边天都是红的。“喀秋莎”本来是苏联的一个姑娘的名字，也是一首歌曲的名字。1941年苏联卫国战争爆发后，苏军第一次使用这种多管火箭炮，给德国军队以毁灭性的打击。苏军出于一种喜爱心理，给它取了一个美丽的名字，叫喀秋莎。
“喀秋莎”是在机动车上发射的，主要打面积目标，发射时炮位一片明光，阵地极易暴露。友军中就有“喀秋莎”营被敌飞机炸毁的事。秦基伟对这个宝贝蛋，格外小心。平常藏在山洞里，连自己的部队都不让接近。确定要打，才悄悄选择阵地，计算好目标诸元，一切准备就绪之后，时间一到，派出警戒，炮车直奔阵地，停车便打，打完就撤。所以在整个40多天的上甘岭战役中，十五军的“喀秋莎”前后发射10次，毫毛无损。
激战到第6天——10月19日，秦基伟指挥“喀秋莎”火箭炮营一次齐射后，103门山、野、榴炮即行拦阻射击，然后他命令早已于18日夜运动至坑道和待机位置的4个连加上坑道的2个连，分兵两路，同时向占领我597.9高地和537.7北山表面阵地之敌实施反击，激战到半夜，全部恢复了表面阵地。
就在这天战斗中，不少战士奋不顾身，拉响手雷，冲入敌群，和敌人同归于尽，其顽强精神气贯长虹。特级战斗英雄黄继光身负重伤，他拖着伤体，匍匐爬行，勇猛扑向敌人最后一个火力点，用胸膛堵住敌人的机枪眼，为突击队开辟了前进道路，他的伟大献身精神，激励了整个部队，前仆后继，浴血奋战，胜利完成了战役第一阶段的阻击任务，使突击队顺利夺回了敌人占领的阵地。为了表彰黄继光的不朽功勋，志愿军首长给他追记特等功，并授予特级英雄称号。
从14日上甘岭战斗打响至20日，敌人先后投入总兵力达6.3万多人，战车118辆，大炮350门，飞机3000多架次，向我军阵地轮番攻击，不仅摧毁了全部表面阵地工事，而且把山顶削低2公尺。敌人狂妄地叫嚷：“不让一个共军活在地平线上！”国际军事评论家们也说：在这样一个狭小的战区，双方参战兵力之多，持续时间之长，火力之猛，不仅是朝鲜战场上第一次，也为中外战争史上所罕见。
敌我双方在3.7平方公里的两个高地上，进行了7昼夜的争夺，战斗空前激烈。在此期间，敌人共投入7个团、17个营的兵力，秦基伟指挥十五军共投入3个团、21个连的兵力，进行了日以继夜的反复争夺，我军以伤亡3200余人的代价，歼敌7000余人。第四十五师参战连队大部伤亡过半，有的连队只剩下几个人。
这是一场无比艰苦和顽强的坑道保卫战。当时，已占领了上甘岭两座山头表面阵地的敌人得意猖狂，他们用飞机炸、大炮轰、火焰攻、放毒气等种种毒辣手段，对坑道实施破坏、封锁和围攻，使我坚守坑道的部队日益陷于极端困难和艰苦的境地。
敌人占领我表面阵地后，在两个高地上都布置了重兵防守，一面修筑工事，一面使用各种手段对坑道口筑堡封锁，断绝水源，烟熏火烧，施放毒气。我军的坑道被敌人炮击和炸弹轰炸越打越短，容积越来越小，人挤人不便行动，烈士遗体也只能暂时停放在坑道里。
在那样狭窄的空间里，大小便不能及时清理，伤员多而医药缺少，得不到及时治疗，坑道内硝烟、血腥、屎尿、汗臭使空气浑浊不堪，因缺氧经常导致人员窒息；极度缺水，战士们舔吮坑道壁上渗出的一点水珠，甚至以人尿解渴。
没有饭吃，没有水喝，缺少弹药，缺乏医药，伤病员得不到治疗，烈士遗体得不到掩埋，更严重的是有的坑道已被敌人摧毁，形势极其险恶，是继续坚守坑道，或是弃守后退？
秦基伟率领的十五军面临着严峻的考验。
连续7个昼夜，秦基伟在坑道里没有睡过一秒钟，他守在电话机旁，神经高度紧张。一会前面报来情况，好，上去了！夺回来了！心中自然一喜；一会又来情况，阵地又被敌人夺走了，心情就很沉重。
军指挥所就设在距火线不远的地方，这里也不断遭受敌机空袭。艰难的日日夜夜，秦基伟和战友们倾注全部意志、力量和智慧，同敌人决战。阵地上情况，他非常清楚，敌人的炮火把两个山头犁了一遍又一遍，我军伤亡那么大，昨天还活蹦乱跳的小伙子，今天已长眠九泉了，想起来实在让人心碎。但是，作为一军之长，又是身处战斗严峻时刻，他不能被感情之潮淹没理智。越是困难的时候，决心越是要硬，仗打到一定火候，往往就是拼意志，拼决心，拼指挥员的坚韧精神。
秦基伟深知这一仗打得好坏将会对朝鲜局势产生什么样的影响。面对优势敌人的凶猛进攻，他虎气横生，毅然向全军发出号召：这一仗只能打胜，不能打败。为了实现朝鲜的和平，就是咱十五军拼光了也在所不惜。
从10月20日起，我前沿部队转入坑道，利用“地下长城”，保存力量，拖住敌人，消耗敌人，争取时间，准备反击。
在军指挥所里，秦基伟连续七天七夜几乎没合眼，全靠一天吸两三包香烟支撑着，他极力按捺住心头的怒火，保持冷静，沉着指挥。他和副军长周发田、参谋长张蕴钰等一起，悉心计算着敌我力量对比的变化，千方百计地加强前沿坑道兵力和物资补充，及时组织指导坑道内外的部队密切配合，采取各种有效手段，积极打击敌人。
10月21日，坚守597.9高地的某团八连在苦战中只剩下15个人，而且处于粮弹将尽的危急时刻。秦基伟得知这一危急情况后，当即决定把身边的军部警卫连拉上去，对敌人实施反击，并同八连的勇士们一起守住了坑道。
战斗到24日，身居火线的四十五师师长崔建功亲自打电话向秦基伟军长报告前沿坑道部队的严重减员和处境恶劣的情况。秦基伟听后深感已坚持了10昼夜的坑道战，越来越激烈和残酷，困难越来越大，坚守的部队越来越难于忍受了。但是他的决心绝不动摇。
秦基伟对四十五师长崔建功下命令说：“告诉机关的同志，十五军的人流血不流泪。谁也不许哭！养兵千日，用兵一时，伤亡再大，也要打下去。为了全局，十五军打光了也在所不惜。国内像十五军这样的部队多的是，可上甘岭只有一个。丢了五圣山，你可不好回来见我喽！”
崔建功是一位作战经验丰富的同志，打仗一向谨慎稳重。解放战争刚刚开始，成立太行军区，他就在独一旅担任领导职务。对于他独当一面的能力，秦基伟是放心的。但是上甘岭战斗事关全局，不仅牵动整个朝鲜战场形势，而且举世瞩目。因此，秦基伟的话说得就很严肃。
他深情地向这位英勇善战的师长说：“老崔呀，你们的困难我知道。但守住坑道，拖住敌人，是全局胜利的关键。现在我们压倒一切的任务，就是要不惜任何代价争取胜利！”
崔建功沙哑着嗓子说：“一号，请你放心，打剩一个连，我去当连长，打剩一个班，我去当班长。只要我崔建功在，上甘岭还是中国人民志愿军的！”
连夜，秦基伟召开军党委会，向全体指战员发出紧急号召：“婆婆娃娃一起上”，“营无闲人，厩无闲马”，全军总动员，全力以赴，支援上甘岭。
秦基伟不断派部队往坑道送水、送水果蔬菜。除了后勤保障、慰问物品以外，军里领导还用自己的津贴买水果，在篓子上挂条，写上自己的名字和祝福的话语，派人往上面送。以这种方式把温暖直接传递给坑道分队的同志。
虽然从后方到前沿坑道只有几百米上千米，但这几百米上千米的距离确是险情密布的死亡地带，中间有敌人的几层炮火拦阻线和步兵火力控制网，越是靠近坑道，遭敌杀伤越大。物资运输极其困难，为了送一袋萝卜或一桶水，往往有许多同志献出生命。在这种恶劣的情况下，坚守坑道的同志忍受极大艰苦，互相照顾，互相体贴，共渡难关。
这时，秦基伟的警卫员王六也积极要求到前沿阵地。从感情上讲，秦基伟是舍不得的，这个小伙子跟着秦基伟也有一段时间了，不仅心细，而且是很有思想，有时甚至能起参谋作用。在5次战役的时候，一架敌机向下俯冲，秦基伟正在观察，王六突然扑过去把秦基伟压在身下，站起来才知道，一梭子弹掠头而过。那一次要不是王六，秦基伟也早就“光荣”了。
王六要求上前线，也正是按照秦基伟自己提出的“婆娘娃娃一起上”的要求做的，他感到非常欣慰，临行时还把派克笔送给了王六。这支笔还是1946年张蕴钰从军调部带回来送给秦基伟的，秦基伟把笔送给王六，是希望他在战斗之余加强学习，谁知这个良好的愿望没能实现。王六下到前沿连队，战斗中很勇敢，在10月30日597.9高地大反击战斗中，光荣牺牲了。
接着，秦基伟又命令从军部和各级机关再抽调出1200名干部和战士，奔赴上甘岭，补充到四十五师的13个战斗连队，增强坚守坑道的作战力量。同时大力加强后勤支援，由机关和后勤人员立即组成一支8500多人的徒步运输队，昼夜不停地冒着敌机的轰炸扫射，冲过一道道炮火封锁线，不惜流血牺牲，直接把包括饮水在内的各种急需物资送进上甘岭的坑道里，再把伤员和烈士遗体抢运下来。
一三五团七连在坑道里7天缺水，当运输员刘明生将路上拾到的一个苹果送给连长张计法时，张计法又交给了步话员，步话员忍着干渴，又将苹果传给一个重伤员。一个苹果在坑道里转了一圈，又完整地回到连长手里。连长流着泪，带头咬了一小口，再往下传，每人都只咬一点点，一个苹果在坑道里转了两圈才吃完。以后《上甘岭》电影和中学教科书里都反映了这个真实动人的故事。
当秦基伟听说坚守前沿坑道的一三五团七连干部和战士互相谦让轮流两遍才共同吃完一个苹果的动人事迹时，被感动得流下了眼泪，他当即决定把祖国人民和朝鲜人民慰问的苹果，全部送到前沿部队去，送进坑道去。
还有一个女战士使秦基伟印象至深，她叫王清珍，是个铁路工人的女儿，只有17岁。她在五圣山后面的坑道病房护理20多个重伤员，喂饭、换药、洗绷带，还要背伤员出洞解大小便。有个伤员嘴巴化脓，不能咀嚼，她先把饭嚼烂，像大人喂孩子一样一口一口地喂到战友的嘴里。还有一个腹部重伤的伤员，不能动弹，躺着解不下大小便，又憋又胀，十分痛苦。这个姑娘为了解除战友的痛苦，帮助伤员排尿，情操之高尚，令人肃然起敬。
就这样，十五军全军形成了坑道内外紧密团结、英勇奋战的整体，把美军范佛里特的主力死死地拖在上甘岭两个山头上，使敌如陷泥潭。此时，志愿军总部和三兵团不仅向上甘岭前线增调了近百门大炮和充足的粮、弹物资，而且调遣十二军副军长李德生率领两个步兵师配属十五军，加强了总反击的力量。
10月30日，在秦基伟直接指挥下，十五军的总反击开始了。
我强大炮群把成吨的钢铁砸向敌人，步兵指战员势如猛虎，首先对占领597.7高地之敌实施反击。敌人凭险固守，我军前仆后继，英勇拼杀，连续7昼夜，同敌人展开反复的阵地争夺战，并击退在飞机、大炮和坦克掩护下的美军4个多团兵力的多次反扑，毙伤敌6000余名，至11月4日全部夺回了这个高地。
11月7日，志愿军首长给秦基伟转来了毛泽东主席的电报，电报称：“此次五圣山附近的作战，已发展成为战役的规模，并取得巨大的胜利，望你们鼓励部队坚决作战，为争取全胜而奋斗。”
这使秦基伟和上甘岭前线的指战员们受到极大鼓舞。
美军为了鼓舞士气，也进行了“政治动员”，除了军中牧师那一套外，还把597.9高地取名为“珍妮·罗素山”。珍妮·罗素是好莱坞女明星，很受美军官兵崇拜。他们一边喊着珍妮·罗素的名字，一边往高地上冲，很多人被打死在这虚构的幻境之中。
11月11日，秦基伟乘胜把反击的铁拳又砸向了537.7高地，我军指战员越打越勇，经过16昼夜奋战，终于全部收复和巩固了阵地，把敌人逐出了上甘岭。
整个战役，我军阵地屹立未动，创造了以坑道工事为主体的防御作战的光辉范例，被誉为“突不破的防线”。美国报纸惊呼：“这次战役实际上变成了朝鲜战争中的‘凡尔登’”。
上甘岭大捷，加速了美国侵略者在朝鲜的失败进程，打得骄横一时的美国代表再次在板门店谈判桌旁低下头来。我《人民日报》1952年12月18日的社论指出：上甘岭战役的辉煌胜利，“对于全世界人民反对美国侵略，保卫世界和平的事业，无疑是一个巨大贡献。”
1953年6月16日，毛泽东主席在中南海住所亲切接见了秦基伟军长。
在听取了秦基伟的汇报以后，毛泽东十分高兴地说：“你们打的是一个铁老虎，是一个钢老虎。美国佬貌似强大，凭钢铁多，凭武器装备优势；我们凭指挥的智慧，凭战土的勇敢，凭正义的力量战胜了它。它又是一个纸老虎。上甘岭战役的胜利，是一个最好的证明。”
秦基伟深情地望着毛泽东说：“是您的军事思想武装了我们。我们去朝鲜作战，就是遵照您的教导取胜的。”
上甘岭战役的胜利，是以十五军第四十五、二十九师为主体，各兄弟部队配合参战的结果。第十二军的参战，为取得上甘岭作战最后胜利起到了关键作用。李德生率领三十一师投入战斗，使全体指战员更加增强了取得战役全胜的信心。各参战部队密切配合，情同手足，出现了许多感人的故事，
上甘岭战役，是一场特殊的战役，它既是敌我双方军力的较量，又是两种世界观、两种价值观、两种思想体系的较量。它由高地之争最终发展成为规模巨大的战役。战役刚刚开始时，朝鲜其他战场上还有一些战斗，等上甘岭战役进入**，其他战斗几乎都告暂停，上甘岭就像一根敏感的神经末梢，动一动，痛全身，全世界的目光都被吸引到这片面积仅3.7平方公里的土地上。以后有人说上甘岭战役是“在小山头上打大仗”，是“朝鲜战场的淮海战役”，这些话是有一定根据的。