虽然共产党在中国大陆的统治不断稳固，但很多领导人仍忧心忡忡，认为蒋介石不会轻易接受失败。他们认为国民党的准军事组织已经获得美国中央情报局的帮助，正不断地在中国的西藏和其他边境地区活动，制造叛乱或混乱，国家内部也有很多间谍和敌人在活动。在这种情势下，朝鲜战争于1950年年中爆发。这是一场内战，起因是“二战”结束后朝鲜半岛未能获得真正意义上的独立。由于美国向台湾的国民党政府提供军事庇护，中国共产党又一直警惕国内出现任何反革命活动，美国对朝鲜战争的介入对中国产生了直接威胁。在共产党政府看来，美国介入朝鲜战场的真实意图，就是在为入侵中国做准备，美国政府的很多声明也透露出了这方面的迹象。在华盛顿，支持国民党的“中国游说团”也倾尽全力，把美国往这个方向上推。

1950年10月，美国已经逼近中国东北与朝鲜的边界鸭绿江。美国有些参议员鼓噪要“核攻击”中国，推翻共产主义在中国的统治。毛泽东看到情势紧迫，于10月8日发布命令：“……中国人民志愿军，迅即向朝鲜境内出动，协同朝鲜同志向侵略者作战并争取光荣的胜利”，要求中国参战部队“反对美帝国主义及其走狗们的进攻”。中国就此出兵全面介入朝鲜战争。

在作战经验丰富的彭德怀将军的指挥下，中国人民志愿军采取诱敌深入的策略，吸引美军向鸭绿江靠拢。麦克阿瑟上钩之后，彭德怀派出优势兵力发动进攻，重挫美军。美军沿朝鲜半岛一路向南退守，到1951年年中，战局在“三八线”附近僵持下来，而战争也正是从这里开始的。之后，双方开始了惨烈的消耗战，直到两年后达成停战协议。

这一时期在中国被称为“抗美援朝”时期，战争给本已非常脆弱的中国经济和社会造成了极大的压力。中国士兵在朝鲜北方刺骨的寒冷天气条件下艰苦奋战，苏联提供的军事援助比预期的还要少，中国只得自己生产战争所需的衣物、食物和设备，加之中国内战刚刚取胜不久，形势尚不稳定，还要确保百姓的吃穿。扩大生产是必需之举，还要采取政治措施防止嫌疑群体从内部发动颠覆。

战争爆发后，毛泽东的长子毛岸英要求入朝作战，毛泽东答应了。毛岸英当时28岁，想加入步兵部队作战，但彭德怀认为那样太危险，就让他在司令部担任俄语翻译。1950年11月底，毛岸英所在的志愿军司令部受到美军燃烧弹轰炸，毛岸英当场牺牲，之后埋在了朝鲜。彭德怀亲自通知了毛泽东这一消息。毛泽东对此的反应是：“战争必须有牺牲……牺牲我的儿子和别人的儿子，根本都是一样。天下没有不爱子女的父母……多少普通人家的孩子为了革命流血牺牲，他们更需要关怀和慰问，我们应该更多地关心他们。”

虽然毛泽东表面上淡然，但毛岸英的死对他还是造成了很大的打击。由于革命形势和时局动荡等原因，毛泽东一直未能好好陪伴自己与杨开慧生育的几个儿子。在北京稳定下来后，毛泽东想着终于可以和孩子们住在一起，享受一点天伦之乐。毛泽东是一位慈爱的父亲。毛岸英死后，他的妻子刘松林与毛泽东一直很亲近，她在回忆录中也多次写到毛泽东对她的关怀，以及她和毛泽东一起缅怀毛岸英的时光。