中国人民志愿军序列内遂行空中斗争和支援地面部队作战任务的军种。
1950年10月，志愿军首批部队入朝，决定组织志愿军空军参战，其基本任务是：在友军空军和地面防空部队的协同下，夺取并保持重要地区的局部制空权，以掩护交通运输线，保卫军事和工业目标，支援地面部队作战。1951年3月成立志愿军空军领导机关，刘震任司令员（后由聂凤智代司令员）。
志愿军空军的歼击机和强击机的作战半径很短，为支援地面前线部队作战，需要有前进机场，为此，在朝鲜北部抢修了一些简易机场，但因遭到美国空军连续轰炸而不能使用。志愿军空军只能使用国内基地，因而难以对“三八线”南北地区的地面部队进行空中火力支援。
作战分为三个阶段：第一阶段（1950.12～1951.9），为取得空军作战的组织指挥、空中战斗和地面保障的经验，志愿军空军决定先以少量部队掩护交通运输线，进行实战锻炼。
第二阶段（1951.9～1952.6），配合地面部队进行反“绞杀战”。1951年7月10日，战争双方开始停战谈判。美军为向朝中军队施加军事压力，于8月中旬发动大规模的以破坏铁路为主要目标的“绞杀战”。
经过数月空战的实践，志愿军空军认识到高速喷气式歼击机不宜采用大编队进行空战，便总结制定了以四机编队、多批多路、多层配置、集中一域、协同作战的“一域多层四四制”战术原则。至5月底，志愿军空军在反“绞杀战”期间，共有歼击机部队18个团参战。保障了新义州至平壤、熙川至平壤两条铁路干线可以昼夜通行。至6月，美军历时10个月的“绞杀战”以失败而告终。
第三阶段（1952.6～1953.7），保卫重要目标美军在其“绞杀战”失败后，从1952年夏季开始，除继续破坏交通运输线外，将空中突击的重点转向工业的、农业的和军事的设施，连续组织大规模的空中战役，破坏朝鲜北部的水力发电系统、水利灌溉系统和军队补给系统。
在第三阶段作战中，志愿军空军在作战规模、空地指挥、空中战术和地面保障等方面，都有较大的改进和发展，获得了新的经验，并训练出在昼间复杂气象和夜间一般气象条件下都能作战的部队。
中国人民志愿军空军在抗美援朝战争中，沿着“从实战中锻炼，在战斗中成长”的道路，由不会打空战到学会打空战，由能打小规模的空战到能打大规模的空战，由于志愿军空军在总体上处于劣势，因而也付出了很高的代价。作战中，志愿军空军发扬革命英雄主义精神，开展立功运动，涌现出三等功以上的功臣8000多名，立集体三等功以上的单位300多个。其中立集体一等功的单位6个，立集体二等功的单位2个；特等功臣16名，一等功臣68名，其中有21人获得英雄模范称号。王海、刘玉堤、孙生禄、赵宝桐、张积慧、鲁珉为一级战斗英雄、特等功臣。 中国人民志愿军序列内以火力遂行作战任务的兵种。炮兵，按其战斗使命分为地面炮兵和高射炮兵。志愿军炮兵，通常指地面炮兵。它是抗美援朝战争中志愿军对地面目标实施火力突击的骨干力量。
1950年10月志愿军入朝时，预备炮兵仅有炮兵第1、第2、第8师共9个团，装备日本、美国制造的旧式火炮284门，且多由骡马牵引；队属炮兵主要装备山炮、步兵炮和小口径迫击炮，由骡马驮载或人力背负，其建制多为连、营。为适应战争的迫切需要，1951～1952年，以步兵为基础陆续新建火箭炮兵第21、第22师（装备苏制M—13火箭炮）和防坦克炮兵第31、第32、第33师（装备苏制76.2毫米口径和57毫米口径加农炮），并对炮兵第1、第2、第8师及第3、第7师部分部队进行换装（装备苏制122毫米和152毫米榴弹炮）。志愿军炮兵指挥机构，随首批参战部队入朝。开始为炮兵司令部，万毅任司令员（未到职）、邱创成任政治委员。1951年2月，改为炮兵指挥所，匡裕民任主任。随着炮兵的增多，1953年炮兵指挥所设司令部、政治部、干部部，高存信任主任、刘何任政治委员。队属炮兵，也于1952年4月在兵团、军、师建立炮兵室。
炮兵作战，经历了两个阶段：第一阶段（1950.10～1951.6），支援步兵将美国为首的“联合国军”驱逐到“三八线”南北地区在作战双方炮兵数量和装备相差悬殊的情况下，志愿军炮兵采取集中使用的原则，在主要方向和主要地段集中兵力、火力，争取局部优势；以抵近射击和直接瞄准射击为主，提高命中率。
第二阶段（1951.6～1953.7），支援步兵作战将战线稳定在“三八线”附近1951年7月，志愿军炮兵指挥所召开第二次炮兵会议，要求部队树立长期作战思想，利用战斗间隙进行军政训练，积极主动地支援步兵作战，大量杀伤和消耗敌人。
志愿军炮兵在抗美援朝战争中，共毙伤敌15.8万余人，击毁击伤敌火炮570余门、汽车880余辆、坦克940余辆，摧毁敌碉堡2490余个，为战争的胜利做出了重要贡献。志愿军炮兵在战争中所取得的对现代化装备的美军作战的经验，对中国人民解放军炮兵部队现代化建设产生了深远影响。 坦克兵第1师和坦克兵第2师第3团于1951年3月31日开始陆续入朝，并以坦克兵第1师师部为基础组成志愿军装甲兵指挥所。该指挥所在黄鹄显主任率领下于5月5日入朝。11月29日，独立坦克第1团亦入朝。在战争中，装甲兵完成了各次作战任务。
在抗美援朝战争的阵地战阶段前期，志愿军主要进行的是野战阵地防御。随着坑道工事的构筑普遍完成，志愿军开始转入坚固阵地防御。防御中，志愿军装甲兵对坦克的运用，主要采用配置在掩体内担任坦克发射点和以坦克设伏两种方式。
战争进行到1952年底，随着志愿军坚固阵地防御的日趋稳固，敌军已不可能从正面突破我军防御，我军后方两翼的海岸线却处于美军优势的海空力量威胁下。志愿军对美军从两翼实施两栖登陆的可能性非常重视，积极准备抗击敌可能的两栖登陆行动。对于装甲兵在抗登陆作战中的运用，也做了充分的准备。
战争后期，随着装备数量的增加，志愿军开始在部分步兵军、师增编坦克－自行火炮团，由1个坦克营、1个自行火炮营、部分炮兵和其他兵种分队、勤务分队编成。由于志愿军进行了充分的抗登陆作战准备，敌军没有进行两栖登陆的冒险，为我军开展三次夏季反击战役和取得战争胜利奠定了基础。 为了加强铁路运输，志愿军铁道兵第1师于1950年11月6日入朝，担任抢修铁路任务。其后，铁道兵第3师、第2师于1951年2月、5月亦继续入朝。6月20日，又以直属桥梁团为基础成立了第4师。此时，在朝铁路抢修部队已达四个师、一个团又一个援朝铁路工程总队。抗美援朝战争期间，铁道兵部队在其他兄弟部队配合下，完成了大量的铁路工程保障任务，建成了打不烂、炸不断的钢铁运输线，保障了铁路上的运输。
1953年9月，中央军委、政务院电复铁道兵团、志愿军司令部、铁道部，同意将志愿军在朝鲜的6个铁道工程师正式划归军委系统，与铁道兵团的4个师、1个独立团统一整编为中国人民解放军铁道兵。 1950年10月志愿军入朝，后成立工兵指挥部，谭善和任司令员兼政治委员，直接指挥独立工兵团，并负责队属工兵部（分）队的业务指导工作。任务 抢修进军道路，保障军队实施运动战（1950．10--1951．全面建设军事工程，保障军队实施阵地战。
在抗美援朝战争，志愿军工兵在一切为了前线、一切为了胜利的思想指导下，新建道路2200多公里，加修和维护公路9600余公里；新建桥梁1100余座，总长6．3万余米；构筑坑道的土石方量达28．5万多立方米，构筑指挥所、人员掩体和掩蔽部1．6万多个；排除地雷和定时炸弹6．3万余个；修建飞机场120余万平方米；建造仓库、医院病房、营房等5．4万余座。工兵部队共涌现出二级模范4人，一等功臣18人，有3000多人立二等功或三等功，200多个单位立集体功。 2010年10月26日，中国抗美援朝纪念馆经过10多年全国走访查实，朝鲜战争期间全国志愿军战士阵亡共183108人。
军长级
⒈李湘，江西省永新县人，1913年生，1930年参加革命，中共党员，第67军代军长，1952年7月8日在朝鲜病故。
⒉吴国璋，安徽省金寨县人，1919年生，1930年参加革命，中共党员，第39军副军长，1951年10月牺牲。
⒊饶惠谭，湖北省大冶县人，1915年生，1930年参加革命，中共党员，第23军副军长，1953年2月牺牲。
⒋蔡正国，江西省永新县人，1909年生，1929年参加革命，中共党员，第50军副军长，1953年4月12日牺牲。
师长级
⒈罗春生，江西省吉安县人，1916年生，1930年参加革命，中共党员，第40军第118师师长，1952年5月15日牺牲。
⒉李雪瑞，湖南省茶陵县人，1914年生，1931年参加革命，中共党员，第67军第200师师长，1951年7月牺牲。
⒊王珩，河北省任丘县人，1911年生，1938年参加革命，中共党员，炮兵第8师师长，1951年7月24日牺牲。
⒋蔡启荣，河南省商城县人，1919年生，1932年参加革命，中共党员，第12军第35师副师长，1951年5月17日牺牲。
⒌胡乾秀，湖北省阳新县人，1916年生，1929年参加革命，中共党员，第20军第58师参谋长，1950年12月牺牲。
⒍薛剑强，江苏省涟水县人，1922年生，1940年参加革命，中共党员，第39军第116师参谋长，1951年牺牲。
⒎汤景仲，山东省寿光县人，1917年生，1937年参加革命，中共党员，第40军第118师参谋长，1952年5月15日牺牲。
黄继光：1952年10月19日晚，在上甘岭战役中黄继光在身受重伤的情况下，用身体堵住了联合国军的机枪眼而阵亡。
杨根思：1950年11月29日，杨根思率其领导的3排防守1071.1高地，在寡不敌众的情况下抱起一个5公斤重的炸药包冲入美军部队引爆，他和40余个美军士兵同时阵亡。
邱少云：1952年10月11日夜，在391高地执行战斗任务中，被联合国军发射的燃烧弹引燃了衣服，为保证行动不被暴露，被活活的烧死。
罗盛教：1952年1月2日在平安南道成川郡石田里为抢救因滑冰坠落冰窟窿的朝鲜儿童崔莹而牺牲，为纪念烈士，此地的村庄、山峰、河流遂因罗盛教易名。
毛岸英：毛泽东的长子，牺牲于1950年11月25日的一次美军的空袭中。 中国人民志愿军有两万两千多人被俘，被俘人员中连排级军官有600人左右、营级30余人、团级5人、师级1人，主要被关押在巨济岛等地。志愿军战俘中有一部分人是国共内战中被俘后，加入中国人民解放军的前国军人员，这一部分战俘有许多人去台湾。《志愿军战俘纪事》206页中记载，有战俘要去台被处决。张子龙一案经调查名单无其人而挖掘指认的藏尸点也找不到尸体。对此中方的说法是“蒋匪特务已有充分时间来进行布置，消灭罪证。”最后审理的法庭由于朝中方“除非更换律师，他们就不在军事法庭的审判过程中予以合作。……因而不肯提交提起公诉一方的证人”而解散法庭不了了之。
战后有14334位战俘被以“自愿”名义遣送至台湾。他们于1954年1月23日到达台湾，受到台湾政府盛大欢迎，称其为反共义士，并定1月23日为一二三自由日。他们中的不少或自愿或遭受各种压力加入国军，有的参加了八二三战役。
回到中国大陆的七千多名战俘中的大多受到审查。志愿军第三兵团第六十军第一八○师代政委、政治部主任吴成德，在部队被打散后，和部队在敌后山区坚持14个月后被俘，是所有志愿军被俘官兵中职务最高的一位。回国审查后被开除党籍、军籍，安置在辽宁省盘锦农垦局大洼农场任副场长，1982年3月恢复党籍，恢复老红军待遇。1996年3月6日，吴成德于运城老家逝世。张泽石，志愿军战俘总代表总翻译，被开除军籍和党籍，在以后“反右运动”和“文革”中被打成右派和叛徒，在1981年获得平反。张泽石现为北京市作协、中国作协会员。
美军
中朝军队俘获美军最高职务的是二十四师威廉·弗里希·迪安少将师长。
被志愿军遣返的美军战俘约6000人，但美国声称被俘人数达30000人以上，指责中国方面虐杀或隐瞒战俘，而中国方面否认，称很多战俘早已经就地释放，之后美国承认曾接收过部份就地释放的战俘，但仍有大部分声称下落不明，因此拒绝与志愿军1:1进行战俘交换。至今美国方面声称仍在查找约25000名失踪战俘下落，并要求朝鲜政府负责。此外有极少部分美国战俘要求到中国生活，得到允许。现仍生活在山东济南等地。
韩国军队
80000正规军战俘，40000警察部队战俘，除少量被朝鲜人民军强行编制外，大部分由志愿军管理的战俘均被遣返。
其他国家军队
1600余人，均遣返。
