下午，政治局紧急会议在中南海颐年堂召开。毛泽东将嚼在嘴里的茶叶轻轻吐在烟缸里，说道：“我们已经向美国发出警告，敌人也向我们发出了哀的美敦书。现在我们与美国已经是短兵相接，狭路相逢。如果让敌人压到鸭绿江边而我们表现得无能为力，软弱可欺，国内国际反动气焰高涨，对各方都不利，首先是对东北不利。我的意见是，即使没有苏联空军的支援，也要立即出兵。”经彻夜商谈，委员们意见一致。会议结束后，毛泽东给仍在莫斯科的周恩来发了火急电报：
与政治局的同志商量结果，一致认为我军还是出动到朝鲜为有利……我们采取上述积极政策，对中国、对朝鲜、对东方、对世界都极为有利。而我们不出兵，让敌人再压至鸭绿江边，则对各方都不利，首先是对东北更不利，整个东北边防军将被吸住，南满电力将被控制。总之，我们认为应当参战必须参战，参战利益极大，不参战损害极大。
10月14日21时，毛泽东将政治局13日做出的关于立即出兵援朝的第一步方案电告周恩来，其要点是：
我军决定于10月19日开动，全军26万人渡过鸭绿江需要10天时间；为准备11月内在敌进攻德川区域时，打一个胜仗，我们决定12个步兵师3个炮兵师均开进为好；在我军开进修筑工事期间，朝鲜人民军方面还是继续抵抗，尽可能迟滞美伪军为有利……
毛泽东将上述决定告诉周恩来，是因为“斯大林本来希望我们出动6个师，而中央根据彭德怀的建议，改变了原来的方案，将12个步兵师和3个炮兵师及战车团、高炮团、工兵团等全部出动。中央认为这样改变出兵方案，有必要通知苏方，以使苏联了解中国出兵的情况，从而尽快争取到苏联的援助。”毛泽东在电文中指示周恩来“留在莫斯科几天”，以便同斯大林沟通。
周恩来在接到毛泽东的电报后，立即致电斯大林，提出：“苏联志愿空军在出动16个团的喷气式飞机之后，可否继续出动轰炸机到朝鲜配合中国军队作战？”并询问：“志愿军进入朝鲜作战，当其与朝鲜人民军配合作战时，在双方指挥关系上应如何解决？”在电文最后，周恩来还附上中国政府第一批开出的各种炮类及其附属器材的订货单。
周恩来在后面的两三天里，办妥了军火。在双方谈判中，只谈到军火的数目，而没有涉及军火的价格。这倒不是周恩来的疏漏，他的想法是，中国接受苏方的军火，应该看作是苏方对抗美援朝的无私援助，不应收钱。
师哲有些担心：“根据我对苏联的了解，他们办具体事情的人不会同意我们不付钱的想法。”
飞机在万里云层之上航行。周恩来望望舷窗之外翻舞的云团，伸伸疲惫的身躯，说道：“准备下次会见斯大林时，正式提出这个问题，争取做出明确规定来。”
遗憾的是，后来没有机会再谈此事。斯大林死后，中苏关系恶化，赫鲁晓夫要讨旧债……此时敌进甚速，平壤被困，危在旦夕。
就在这关键时刻，斯大林从维护苏联自身利益、避免同美国发生直接武装对抗的立场出发，改变主意，要莫洛托夫转告周恩来：苏联现决定只派遣空军到鸭绿江北岸的中国境内驻防，两个或两个半月后，也不准备进入朝鲜境内掩护中国人民志愿军作战。
看来深思熟虑的斯大林不愿再冒险了，他甚至觉得中苏朝的联盟会引发第三次世界大战，而美国的重磅炸弹将落在充满和平气息的苏维埃疆土，这是他最不愿意看到的。
得到斯大林改变主意的消息后，毛泽东沉重地叹了一口气，久久地坐在椅子上，一支接一支地吸着烟。客观地说，毛泽东对斯大林是有看法的，但从国际大局出发，他并不想在公开场合宣泄这种情绪，于是便常常有了些无名火。他一生信守诺言，痛恨出尔反尔；然而他性格中更主要的成分是迎接挑战，决不低头。
他的方式就是面对现实。10月17日17时，毛泽东再次急电原拟18日赶赴朝鲜的彭德怀和高岗，要他们于18日火速回京，并告：“对出兵时间，以待周（恩来）18日回京向中央报告后确定为宜。”
10月18日，毛泽东主持会议，再次研究出兵朝鲜之事。会上，由刚刚回到北京的周恩来介绍了几天来同斯大林、莫洛托夫等会谈的情况。毛泽东最终决断：“现在敌人已围攻了平壤，再过几天敌人就进到鸭绿江了。我们不论有天大的困难，志愿军渡江援朝不能再变，时间也不能再推迟，仍按原计划渡江。”随后，彭德怀奉毛泽东指示，以毛泽东的名义，拟发了给十三兵团和东北军区领导的特急绝密电报，告知中央的决定，中国人民志愿军于19日入朝作战。
关于此事，在以后的20多年间，周恩来、毛泽东都曾多次谈起。
1970年10月10日，毛泽东、周恩来会见金日成首相时，两人重话当年：
毛泽东说：“虽然摆了5个军在鸭绿江边，可是我们政治局总是定不了……在那个时候，因为中国动摇，斯大林也就泄了气，说算了吧！后头不是总理去了吗？是带了不出兵的意见去的吧？”
周恩来点头称是：“两种意见，要他选择。我们出兵就要他的空军支持我们。”
毛泽东强调：“我们只要他们空军帮忙，但他们不干。”
周恩来：“开始的时候，莫洛托夫赞成了，以后斯大林又给他打电话说，不能用空军支持，空军只能到鸭绿江边。”
毛泽东：“最后才决定了，国内去了电报，不管苏联出不出空军，我们去。
我看也还要感谢苏联，它总帮助了我们军火和弹药嘛，算半价。还有汽车队呀。”
聂荣臻累得睡过去
10月19日拂晓，从北京饭店开出几辆小汽车，驰过寂静的长安街直奔西郊机场。坐在车内的彭德怀睡着了，高岗也昏昏欲睡。昨夜，毛泽东、周恩来和他们一起反复研究了入朝作战的方案，几乎彻夜未眠。汽车到达机场，彭德怀才猛然醒来，伸了一下懒腰：“哎呀，这辆车可帮了我的大忙！”
高岗直晃脑袋：“我净听你打呼噜了。”
10月19日黄昏，在秋风飒飒的鸭绿江边，三路大军在彭德怀司令员兼政治委员的率领下，静悄悄地出发了。从这一天起，中国人民志愿军踏响了入朝作战的序曲。
出兵后，毛泽东又是几天几夜不能上床睡觉。有一天上午八九点钟，毛泽东服过药，刚躺下，聂荣臻代总参谋长来汇报情况。他在东屋办公室等候，卫士长李银桥就去主席卧室察看。毛泽东仍没睡着，在不停地翻身。李银桥进去小声报告：“主席，聂荣臻同志来了，在办公室等着汇报。”
毛泽东闻声坐起：“我起来吧。”他两脚一着地，就朝东屋走。半小时后，聂荣臻走了，毛泽东重又回屋，嘴里喃喃：“志愿军已经过江了，我睡觉吧。”
这下他睡着了。随着入朝作战的深入，来毛泽东处汇报的事情也越来越多。有一次毛泽东发了脾气，因为有几个电报内容，聂荣臻怕打搅主席太多，就以代总参谋长的身份处理了。毛泽东知道后声色俱厉：“以后把电报统统拿给我看！”这一来，聂荣臻来得更勤了，毛泽东的觉自然就更少了。
领袖们经常半夜半夜地开会，一开十来个小时是常事。会议大多在菊香书屋毛主席卧室举行，有时也在颐年堂西边小会议厅。走出菊香书屋的西门，就是颐年堂的东门。颐年堂由中央一个大厅，东西两个小厅组成，均以紫檀木雕刻装饰。大厅约70平方米，正面是一个镏金的大屏风，中间摆着足够二三十人开会的大长桌，铺着深绿色的呢绒。整个布置朴素大方。前几天，毛泽东召开的政治局讨论会，就在这里召开。西边的小厅一般是书记处会议和后来的中央政治局常委会议的地方，那里有12张沙发围成一圈。东边的小厅一般是毛泽东请客人吃饭的地方。
在毛泽东卧室开会时，毛泽东经常是穿着睡衣，靠在床头，半躺在床上，这种姿势延续了20多年，似乎这种姿势特别能触发毛泽东的灵感。其他中央领导在床前围成半圆形。时间一长，自然而然有了固定的座位：靠近床头右边茶几坐的是邓小平，他耳朵有点背，靠近便于听主席说话；然后依次彭真、刘少奇，正对面便是周恩来；最左边一般是列席的人坐的，有个小书桌，可以记录；朱德一般不参加，他年纪大，始终保持着早睡早起的习惯，而会议多在晚间进行；陈云主持经济工作，一般也不参加；林彪请病假的时间长，也很少参加会议。
周恩来是到主席那里开会最多的人，还要主持国务会议，经常是下午3点开，开到六七点，吃饭，吃完饭接着开，有时开到半夜一两点。一般情况都是别人先讲，等大家充分讲完，他再做询问，定出方针。他是总理，还兼外交部长，还是军委副主席，党政军民工农商学没有他不管的。
许多电报、文稿都由周恩来亲自草拟，定稿后再送毛泽东、刘少奇审阅，同意后发出，那时往往都已到凌晨。秘书们常常劝周恩来，稿子已送主席处了，赶快休息一会儿，等电报发出再看批示也不晚。但周恩来不听，一定要等主席批定后送来看了再休息。一般总理定稿后，主席那里改动都不大。那时往往是稿子送主席处后，周恩来就看参考资料，等主席那边退回来后，看主席是怎么改的，哪些地方改了，为什么要这样改。有时看了毛泽东的改动，认为还值得斟酌，他就马上拿起电话和毛泽东通话，直到改合适了，电报发出后才休息。那时已是东方发白。回到卧室，邓颖超因身体不好，一般都是早睡早起，往往是她刚起床，周恩来刚下班，两人见一面，周恩来上床睡觉，邓颖超上自己的办公室上班。
志愿军入朝作战后，军事的日常工作都由周恩来抓，后方的物资供应和其他保障工作很重。当时彭德怀为后方的供应有时跟不上很是恼火，周恩来在后方只有再加班加点。聂荣臻有时去丰泽园等主席，有时又要在西花厅秘书办公室里等总理，好几次等得很晚，就在秘书室的沙发上瞌睡过去了。周恩来的军事秘书原先只有雷英夫一人，朝战爆发后，军事工作增多了，又调来了郭英会任军事秘书。
周恩来的军事秘书，都是由周恩来一个人来定。一般是走了一个军事秘书，就得新来一个。新选一个时，由军委干部部门提出一个名单，把简历附上，送到周恩来那里，由周恩来来定。周恩来的军事秘书一般是由作战部出人，因为总理对这些常与他打交道的参谋人员比较了解，也就好用一点。历任总理军事秘书的雷英夫、郭英会、周家鼎、王亚志、张作文等，都是作战部的人。
周恩来大都是早上六七点钟才睡，下午二三点就起来了，每天就睡六七个小时，忙起来只能睡两三个小时。有时干到下半夜二三点，他也觉疲倦，就让秘书陪他出去，在中南海的水边散10—20分钟的步。有时兴致来了，还在后半夜登上小船，在海里划一会儿。
一天夜里，雷英夫陪周恩来出门散散步，聊聊天，换换空气。门外月明星稀，寒风拂面，周恩来顿时精神焕发，一边走一边问：“雷英夫，你最近在干什么？”
雷英夫回答：“前方正利用麦克阿瑟骄傲自大的特点，故意示弱，主动后撤30公里，诱敌深入，准备聚歼敌人的主力。但不知麦克阿瑟肯不肯上钩？”
周恩来挥手打断了雷英夫的话：“我是问你在工作之外干些什么？至于诱敌深入的事，必会成功的。”
当时抗美援朝战争正在紧张进行，军事秘书们日夜轮班，注视战局的发展变化。雷英夫特别担心敌人在辽东半岛登陆，所以在工作之余读一本苏联小说《旅顺口》，这是本获斯大林奖的小说。雷英夫马上报告：“我在看《旅顺口》。”
周恩来颇感惊奇：“你在看《旅顺口》，看了多久了？看过了吗？”
“看了半个多月了还没看完，看得很慢。”
“为什么慢？”
“好多地名在地图上找不到，有时为一个地名要猜半天。”
周恩来听完哈哈一笑：“对着地图看小说，军人作风，典型的军人作风嘛。
你这样当然要花好多时间了，怪不得慢嘛。但是，小说中好多地方是虚构的，你怎能找到呢？你看到哪一段啦？感觉怎么样？”
“不怎么样。不像外边吹得那样好。”雷英夫说完，又直通通地问，“总理，你看过这本书吗？”
“我看过，是今年1月在去莫斯科途中的火车上看的。”周恩来回想着告诉雷英夫，他对这本书的印象很坏，很多地方实在看不下去。归结起来，大约是：第一，这本书宣扬的是沙俄侵略战争、掠夺战争的那一套；第二，书的主导思想完全违背了列宁的教导。旅顺口陷落后，列宁有篇文章讲得很清楚，说这是掠夺性反动性的战争；第三，书中极尽丑化中国之能事，里面的中国人不是特务、奸商，就是妓女、骗子，把中国人写成这样，实在令人气愤；第四，书中宣扬的英雄马卡洛夫，不过是在沙俄腐败的军队中做了一点技术性的修补、改革。这个小军官比那些腐败透顶的将军们稍微好一点，可他对沙皇的反动制度和侵略政策是完全拥护的。这样的人有什么值得宣扬的？
这一段话给雷英夫留下深刻的记忆（见《周恩来和他的秘书们》中雷英夫：
《音容宛在恩诲犹蒙》）。因为那时中国正执行着“一边倒”的外交政策，中苏关系密切，很多人对苏联的东西崇拜到了盲目的地步，而周恩来难得流露出自己独特的观点……
秘书们十分敬佩的是，周总理常常一会儿是电话，一会儿是汇报请示，一会儿又是接见、讲话，一会儿又回到案边去批示，但是他总是一条一条分得清清楚楚，从不紊乱。仅就请示而言，常常是前面一个人请示的是打仗问题，后面一个人又请示民主人士问题，话题一会儿一换，风马牛不相及，但周恩来马上就能做出明确而具体的指示，从不搞混。如果别人搞混，他是不客气的。
还是那年冬天，为了支援前方，要做非常精确的军费年终决算和次年预算。
事前三天，周恩来即通知总后勤部长杨立三、副部长张令彬、总后财务部长汤平做好准备。这几位都是军队的老后勤，有名的算盘专家。他们知道总理严格细致、精打细算的作风，所以特为此突击了三天，把成千上万的数据整理成了报表。开会时，周恩来让杨立三把报表发给与会者，并让他逐项讲解。讲着讲着，周恩来突然叫停：“停停，这个数据不对。”杨立三他们不信：“不会吧，这些数据我们都反复算过了，没有错呀！”周恩来很有把握地说：“不对，你们再算一下。”并让雷英夫也算。结果，还真是报表搞错了。杨立三对着两位同伴直摇头，感慨万分：“哎呀，怎么得了，我们带着一伙人干了三天，还不如总理一瞬间边听边算的准确！”
因为朝鲜战场形势一直比较紧张，遇到不负责任的领导，周恩来也要发脾气，对政务院的部长们也不客气。有时当着秘书的面，对一个部长说：“你看一看，这文件搞的是什么嘛！”并把文件摔给他，“这就是你们弄的文件？难道还要我来给你们当秘书吗？”周恩来稍一平息，他又将文件拿回，指着上面说，“这句就不通嘛。这件事就没有说清楚嘛。”所以，直到后来的国务院，没有部长敢马虎，谁都怕在总理面前挨训。
周恩来处理事务向来果断快捷，尤其是要向毛泽东汇报或通气的事，他一般都是不过夜。但有一件事，却使他不禁踌躇起来，而且拖延了数日……
周恩来把毛岸英牺牲的消息压了数日
