抗美援朝戰爭爆發后的1950年10月9日，在志愿軍司令員兼政委彭德懷主持的沈陽會議上，擔任中國人民志愿軍第三十九軍軍長的吳信泉氣壯山河地表示：“美國鬼子也不是什么三頭六臂，怕他個熊，紙老虎當真老虎打，打他個人仰馬翻。”在此后朝鮮戰場上具有決定意義的第一至第五次戰役中，吳信泉指揮我志愿軍第三十九軍出色地完成了上級領導賦予的各項任務。1951年夏，他奉召回國受到毛澤東主席的親切接見，設家宴熱情招待，并榮獲朝鮮民主主義人民共和國一級國旗勛章。

1950年10月25日至11月5日，在中朝邊境及其附近地區，中國人民志愿軍和朝鮮人民軍聯合發起進攻戰役，史稱抗美援朝戰爭第一次戰役。11月1日9時，志愿軍總部下達作戰命令：第三十九軍于1日晚攻殲云山之敵，得手后向龍山洞地區突擊，協同第四十軍圍殲美騎一師。于是，中美兩軍開始了現代歷史上的第一次交鋒。1950年11月1日，吳信泉率志愿軍第三十九軍與美軍打響了第一槍。

云山位于朝鮮平安北道，周圍群山連綿，是一個僅有千戶人家的小城。云山守敵是美騎一師第八團和南朝鮮軍第一師第十二團。美騎一師是華盛頓時代建立的開國"元勛師"，當時仍保留著"騎兵"番號。不過，他們早就不再是騎著高頭大馬的騎兵，而是一支徹頭徹尾的機械化部隊了。它自吹建軍160年從來沒打過敗仗，是深受美國統治集團推崇的一張“王牌”。

11月1日這天早晨，重兵云集的云山戰場，一反常態，寂靜無聲。白茫茫的濃霧，飄飄蕩蕩，籠罩著大地山巒，更增添了一種神秘的色彩。吳信泉指揮的志愿軍三十九軍主力部隊，正在進行緊張的戰前準備，計劃在當晚7時30分對云山守敵發起總攻。下午3點多，前沿觀察員發現，云山外圍的敵坦克、汽車、步兵開始向后移動。

吳信泉當機立斷，命令部隊提前發起進攻。下午5時，擔任攻城任務的該軍第一一六師以兩個團發起沖擊。戰至黃昏，配屬該軍的炮兵第一團(欠一個營)及軍火箭炮營(欠一個連)進入陣地。在怒吼的炮聲中，我三十九軍展開了猛烈的進攻。

夜里，我三十九軍第三四六團第四連從敵間隙直插云山，一舉突入街內。當他們到達公路大橋時，守橋的美軍竟把他們當成了南朝鮮軍，給他們讓路。四連戰士大搖大擺地通過大橋，到了美軍第三營指揮所。連長一聲令下，戰士們一齊開火，打得美軍措手不及，羅伯特·奧蒙德少校被扔進指揮所的第一枚手榴彈炸成了致命傷。我四連占領大橋后，攔截了滿載敵人的十余輛汽車，斃敵70余名，俘敵8名，擊毀坦克1輛。最終，美騎一師第八團直屬隊及其第三營共740余人和大批偽軍，被壓縮在諸仁橋以北開闊地帶。3日夜，該敵在飛機、坦克支援下突圍未果，全部被殲。

在云山戰斗中，我三十九軍首次以劣勢裝備殲滅了具有現代化裝備的美騎一師第八團之大部及南朝鮮軍第一師第十二團一部，共殲敵2046名(其中美軍1840名)，繳獲飛機4架，擊落1架，擊毀與繳獲坦克28輛，繳獲汽車176輛、各種炮190門及大批槍支彈藥、器材和物資。連李奇微也不得不承認：“中國人對云山西面第八騎兵團第三營的進攻，也許達成了最令人震驚的突然性。”

1950年11月7日，吳信泉率部投入到"誘敵深入、各個擊破"的第二次戰役。期間，他指揮部隊飛快突破清川江，神奇地俘獲美軍一個黑人連，震驚了美軍最高統帥部，使五角大樓對美軍編制從法律上做了重大修改，形成了今天美軍黑白人種混合編隊的體制。12月4日，吳信泉指揮部隊首先解放朝鮮首都平壤。

更令人贊嘆不止的是，吳信泉在第三次戰役中，僅用5分鐘的時間就突破臨津江天險，直指漢城。

朝鮮戰場上，以美國為首的侵略軍遭志愿軍第一、第二次戰役的沉重打擊，被迫退回“三八”線。1950年12月31日至次年1月8日，為了粉碎敵人利用“三八”線重整部隊、準備再戰的戰略企圖，志愿軍根據中央軍委指示，決定發動第三次戰役，第三十九軍擔任由元堂里至石湖地段突破臨津江的任務。吳信泉受命后，立即率全軍披星踏雪，急行軍5個夜晚，行程400余里，抵達臨津江北集結。

我三十九軍當面之江段位于臨津江下游，當面守敵為戰斗力較強的南朝鮮軍第一師，下轄3個團，并有美軍三個加強炮兵營，筑成了縱深9公里的三道防御陣地，構成完整的工事障礙和火力配系，正以逸待勞。

如何在敵人眼皮下隱蔽部隊并保證發起進攻的突然性？這是我三十九軍取得突破性勝利的關鍵。吳信泉根據解放戰爭中攻堅戰的經驗，對進攻出發陣地的地形反復觀察，具體計算了工程量及所需人力和時間，決定提前三天抽調擔任突破任務的我一一六師全師1/2以上的人力，投入構筑陣地的土工作業。為完成任務，需要在距敵150－300米、正面寬約2500米、總面積3.5平方公里的進攻陣地上，隱蔽7個步兵營、6個山野炮兵營、8個團屬炮兵連及師、團指揮機構，總計7500余人，70多門火炮。這么多的兵力、火器，怎樣才能隱蔽好而不使敵人發現呢？

吳信泉先派我一一六師的第三四八團與一一五師的第三四四團在高浪浦里正面積極佯攻，讓敵人誤判我三十九軍可能在此作渡江準備。敵人整日集中炮火、飛機，向江北我軍灘頭陣地猛烈攻擊，但均被擊退。前后14個日夜的戰斗，起到了牽制迷惑敵人，隱蔽主攻方向的作用。

整個進攻陣地進行嚴密的工程偽裝，地面上不露一人一物，完全保持了自然地貌的原狀。更巧的是，翌日凌晨下了一場雪，整個江岸一片雪白，使我三十九軍陣地覆蓋了一層天然偽裝。我三十九軍第一梯隊距敵僅150－300米，敵雖以航空兵終日低空盤旋偵察，但均未發現我三十九軍進攻跡象。這一大膽而巧妙的隱蔽偽裝，取得了空前的巨大的成功。

12月31日16時40分，吳信泉下達了開始總攻的命令。炮兵群的近百門火炮，向敵前沿灘頭陣地及防御縱深發射數千發各種口徑的炮彈，摧毀了敵人幾十個火力發射點和多層障礙物，壓制了敵縱深炮兵火力。與此同時，各突擊連障礙排除組利用炮火煙幕，迅速排除江北岸殘存地雷。僅用5分鐘的時間，我一一六師就突破臨津江天險；經過13小時的激戰，我一一六師突入敵人縱深15公里，斃傷敵千余人，勝利完成突破任務。此后，一一六師向敵縱深推進100多公里，成為志愿軍作戰縱深最遠的一個師。

1951年11月起，吳信泉率部在臨津江兩岸進行了長達340天的陣地防御作戰，我三十九軍將士以頑強不屈的精神構筑了“地下長城”，志愿軍司令部召開現場會，將第三十九軍的經驗向全軍推廣。在這次陣地防御戰中，第三十九軍將士戰勝了敵人的飛機大炮、凝固汽油彈、細菌彈、毒氣彈等各式各樣的打擊，戰勝了寒冷、潮濕等艱苦的自然環境，殲敵22500人，繳獲武器彈藥數以萬計，擊落擊傷敵機265架，擊毀擊傷敵坦克、汽車、大炮400多輛(門)，陣地向前推進了10平方公里。