泉任軍長，徐斌洲任政治委員，李雪三任副政治委員。
從8月5日起，部隊進行了兩個多月的“抗美援朝，保家衛國”的教育訓練。對於抗美援朝，全軍大多數指戰員積極響應中共中央的號召，志願人朝作戰。少數人則留戀和平生活，不願意出國作戰，認為“該歇歇了”，“不要多管閒事”，害怕出兵會“引火燒身”。李雪三在匯總思想調查情況時歸納說，問題集中在“該不該打”和“能不能打”兩個問題上。這兩個問題不解決，很難完成中央交給我們的任務。因此，抓好愛國主義、國際主義和革命英雄主義的教育是非常重要的，必須使部隊牢固樹立“必打”、“敢打”、“能打”的思想。教育中，重點講清“唇亡而齒寒，戶破而堂危”的道理。要大家明白，不是我們要“引火燒身”，而是美帝國主義把戰火燒到了我們家門口，下一個目標就是我們，救人就是救己。
在檢查教育落實情況時他細心地發現，有的單位教育有偏差，過分強調了美帝國主義“紙老虎”的一面，在部分人中產生了輕敵速勝的思想，甚至以為3個星期即可解決問題：一星期走路，一星期打仗，一星期回國。認為“一雙‘五眼鞋’即可跑遍全朝鮮”。他馬上向軍黨委作了彙報，指出這種思想的危害性，防止其削弱部隊的戰鬥意志。為了發揮榜樣的帶頭作用，9月1日在遼陽駐地隆重召開全軍英模表彰大會，李雪三主持了這次會議。會上，英模代表聯名上書毛澤東、朱德，要求組成和參加志願軍，“為祖國立功”、“為全世界和平立功”的口號響徹會場，掀起了轟轟烈烈的參加志願軍簽名運動。
10月8日，毛澤東釋出命令組建中國人民志願軍，“迅即向朝鮮境內出動，協同朝鮮同志向侵略者作戰並爭取光榮的勝利。”15日，李雪三主持了軍直機關入朝作戰出征誓師大會。19日部隊抵達安東（今丹東），21日跨過鴨綠江，踏上朝鮮的土地。
初到朝鮮，映入指戰員眼簾的是一片焦土。每到一地，先要掩埋朝鮮同胞的屍骨才能宿營。抓住眼前的事實，李雪三通知各部隊，以美帝的血腥暴行為活教材，做好戰前動員。指戰員們紛紛表示：“決不讓美帝的魔爪伸到祖國的土地上，堅決打好出國第一仗。為祖國爭光，為朝鮮人民報仇！”10月底11月初，李雪三參與指揮了第一次戰役雲山殲滅戰。此役，該軍指戰員不負眾望，打出了國威、軍威，重創美國王牌部隊一騎兵第1師，共殲敵2046人，其中美軍1840人，擊落飛機7架、繳獲坦克28輛、汽車176輛，以及各種火炮和大量槍支彈藥。號稱獨立戰爭組建以來160多年從無失敗紀錄的美騎1師，第一次交鋒就敗在了志願軍手下，一下子震驚了世界。第二任侵朝“聯合國軍”總司令李奇微唉嘆：“這是麥克阿瑟和沃克中將用兵中不可測到的慘敗。”美國人不可戰勝的神話破滅了。
首戰告捷，部隊的信心提高了。李雪三立即指出，政治工作不能止步，應迅速調查戰場上的新問題。果然，因為勝利，出現了輕敵速勝與怕飛機怕炮火兩種思想苗頭。李雪三把情況報告給軍黨委，並利用戰鬥間隙，結合戰評總結和表彰英模，加強教育。及時引導幹部戰士發揚成績，保持榮譽，克服新的困難，保持連續作戰的旺盛鬥志。11月25日一12月7日，第二次戰役中，第三十九軍協同兄弟部隊全線推進，幫助朝鮮人民收復了平壤和“三八線”以北地區，根本扭轉了朝鮮戰局。
第三次戰役的目標是將戰線推向“三八線”以南，第三十九軍的首要任務是突破臨津江。臨津江是南朝鮮軍防守的重點，工事堅固，炮火配備很強。雖然部隊連戰連捷，但是，氣候越來越寒冷，吃不好，住不好，仗越打越艱苦，一部分戰士產生了怕苦的情緒。針對此時部隊的思想特點，李雪三在協助軍長和政治委員制定作戰方案的同時，更細密地做好戰前動員與戰鬥準備工作。他親自組織起草了《為突破臨津江防線告全體指戰員書》，以軍首長的名義發到每個連隊，傳達到每個戰士。當天，指戰員們的請戰書、決心書、入黨申請書等雪片似的飛到了軍、師、團各級指揮機關。接著，他又主持召開師政治部主任會議，部署火線政治鼓動工作，根據戰鬥特點提出了許多靈活機動的鼓動措施。並派出得力幹部去幫助缺乏政治工作經驗的團隊。12月31日拂曉，部隊進入陣地，陣地被一場小雪完好地遮蓋起來。擔任主攻的第116師，就在距南朝鮮軍僅150一300米，正面寬2500米的地區內，隱蔽了7個步兵營、6個山炮野炮營、8個團屬炮兵連以及師、團指揮機關共7500多人。儘管整日有飛機低空盤旋，有步