束后，主席因考虑须马上和彭德怀、高岗一起研究入朝的作战方案，遂留下彭、高以及周恩来共进晚餐。
饭后，对彭德怀说：现在朝鲜情况已十分危急，我们必须马上出兵，否则将贻误战机。你和高岗8日先到沈阳去召开东北边防军高干会议，迅速传达中央政治局的决定，督促部队立即做好入朝准备。同时我把党中央出兵援朝的决定通知金日成。关于部队入朝的时间，给你10天做准备，初步预定10月15日。关于部队更换苏联武器装备和空军支援问题，周恩来同志即刻去莫斯科与斯大林同志商谈，尽快解决。彭德怀虽然感到时间太紧张，但仍表示：主席，你放心，那我就1天按10天甚至20天的工作量来干。10月6日上午，彭德怀又参加了周恩来副主席主持召开的军委扩大会议。这次会议就志愿军入朝方案，更换武器装备，后勤供应方法和抽调干部组建彭德怀指挥所等问题进行了讨论，并作出了决定。会议还决定，议定的各项工作均由总参谋长聂荣臻负责筹办。紧张的抗美援朝临战准备工作，是在绝对保密的情况下进行的。朝鲜战场日益严重的局势，使彭德怀不能在北京久留。10月7日吃过早饭后，他指示把从西安带来的全部文件清理登记后，马上移交给中央办公厅保密室保存。当天，彭德怀到中南海处，和高岗一起共同研究志愿军出国第一步作战方案和后勤供应问题，关于彭德怀指挥所设立的位置，的意见，为保证安全，免遭敌机轰炸可设在鸭绿江北岸一个隐蔽位置。但彭德怀不同意，他主张过江入朝与金日成在一起，以便协调两军，统一指挥作战。关于志愿军出国作战前后的宣传报道问题。彭德怀向提议：“在战斗打响之前，应绝对保密。打响之后，新华社在报道和广播方面也应注意分寸。要设法转移敌人的视线，使其产生判断上的错觉，以便我军各路部队迅速隐蔽过江，取得战斗的主动权和有利战机，力争初战的胜利，以提高士气，稳定人心，扭转被动局面。”千斤的重担，紧张的工作，使彭德怀废寝忘食地忙碌了一天。直到晚上才赶回饭店。因为明天就要离京，他首先进屋看了这两天接来和他短暂团聚的侄儿侄女们。此刻他意识到，这次离别后，何时再见很难预测，遂把他给孩子们买的衣物分给每个人，然后语重心长地说：“伯伯明天就出发执行任务去了，你们要好好学习，不要想家，要经常给妈妈写信，把你们在北京的情况告诉妈妈。”幼小天真的孩子们立刻反问：“伯伯，你明天到哪里去？还是回西安吗？”彭德怀拍拍孩子们的肩膀笑道：“等你们长大了就会知道的，你们现在的任务就是好好学习。”接着他又叫来秘书吩咐说：“你和小郭把我们需要带的东西今夜准备好，明晨出发。”10月8日军事委员会主席以特急电报发布命令：“（—）为了援助朝鲜人民解放战争，反对美帝国主义及其走狗们的进攻，借以保卫朝鲜人民、中国人民及东方各国人民的利益，着将东北边防军改为中国人民志愿军，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。（二）中国人民志愿军辖十三兵团及所属之三十八军、三十九军、四十军、四十二军，及边防炮兵司令部与所属之炮兵一师、二师、八师。上述各部须立即准备完毕，待命出动。（三）任彭德怀同志为中国人民志愿军司令员兼政治委员。（四）中国人民志愿军以东北行政区为总后方基地，所有一切后方工作和供应事宜，以及有关援助朝鲜同志和事务，统由东北军区司令员兼政治委员高岗同志调度指挥并负责保证之。（五）我中国人民志愿军进入朝鲜境内，必须对朝鲜人民、朝鲜人民军、朝鲜民主政府、朝鲜劳动党（即共－－产－－党）、其他民主党派及朝鲜人民的领袖金日成同志表示友爱和尊重，严格地遵守军事纪律和政治纪律，这是保证完成军事任务的一个极重要的政治基础。（六）必须深刻地估计到各种可能遇到和必然会遇到的困难情况，并准备用高度的热情、勇气、细心和刻苦耐劳的精神去克服这些困难。目前总的国际形势和国内形势于我们有利，于侵略者不利，只要同志们坚决勇敢，善于团结当地人民，善于和侵略者作战，最后的胜利就是我们的。”
同一天，还亲自起草了发给中国驻朝鲜民主主义人民共和国大使倪志亮转金日成同志的特急电报，电报说：“（—）根据目前形势我们决定派遣志愿军到朝鲜境内帮助你们反对侵略者；（二）彭德怀同志为中国人民志愿军的司令员兼政治委员；（三）中国人民志愿军的后方勤务工作及其他在满洲境内有关援助朝鲜的工作，由东北军区司令员兼政治委员高岗同志负责；（四）请你即派朴一禹同志（当时任朝鲜劳动党中央常务委员、朝鲜政府内务相－－引者注）到沈阳与彭德怀、高岗二同志会商与中国人民志愿军进入朝鲜境内作战有关的诸项问题。（彭、高二同志本日由北京去沈阳）。”这天上午7时，彭德怀根据的命令与东北局第一书记、东北军区司令员兼政治委员高岗，以及彭德怀指挥所的负责人成普，参谋徐亩亢、龚杰，秘书张养吾；翻译毛岸英一行乘飞机直飞沈阳。上午10时左右，飞机冒雨安全降落在沈阳机场。东北局派人将彭德怀接到和平街1号交际处休息。
10月8日在北京，中央政治局会议还未结束，就派周恩来秘密访问苏联。因为事情紧急而机密，周恩来只带了翻译师哲和他的机要秘书康一民。
飞机从北京起飞，途中在伊尔库茨克加油停留几小时，又飞抵莫斯科。次日，周恩来与当时正在莫斯科养病的一起乘飞机（据康一民同志回忆，同周恩来同机到达莫斯科）飞抵黑海的阿布哈兹区，又到阿德列尔斯大林休养所。
周恩来向斯大林介绍了朝鲜的局势，以及中国是否参战的态度和国内的实际情况，另外也谈了中队的现代化问题。10月9日上午，彭德怀和高岗在沈阳召集了志愿军军以上的干部开会。彭德怀在会上讲话说：“根据朝鲜战场的形势和金日成首相的要求，中央已决定出兵朝鲜。这不是我们好战，完全是美帝国主义逼我们走这条路的。在美军越过‘三八线’前夕，周总理曾一再对美军发出警告，倘若越过‘三八线’北犯，中国将出兵援助，但美国和南朝鲜军队打着‘联合’的旗号，无视我国政府的警告已越过‘三八线’，正向中朝鸭绿江边境进攻。我们的敌人不是‘宋襄公’，他不会愚蠢到等待我们摆好阵势才来。敌人是机械化部队，有空军和海军的支援，进攻速度很快，我们要和敌人抢时间，中央派我到这里来，也是三天前才决定的。”“这次出兵援助，我们要决心打赢，但是也要有不怕打烂的精神准备，万一美国人打进我国来，那我们就烂了再建。各军要日夜加紧准备，加强政治思想工作，教育干部战士树立必胜观念，要坚信在党中央和的领导下，一定能够打败美帝国主义者。各军要在10天之内，克服困难，连夜突击，完成一切出国作战的准备工作。”在会议上，各军干部也提出了问题，他们最担心的是在出国作战时，有无空军支援。于是当会议还在进行中，彭德怀和高岗又于9日上午11时联名致电称：“我军出动作战时，军委能派出多少战斗机和轰炸机配合？何时能出动并由何人负责指挥？盼速示。”至10月中旬，以美军为首的“联合”和南朝鲜军队总兵力已达40余万人，各型飞机1000多架（海军飞机除外），各型军舰300多艘。
鉴于朝鲜战场的局势严重，彭德怀心急火燎。他为了进一步了解敌我双方情况，掌握第一手材料，决定亲赴鸭绿江沿线，勘察地形，了解敌我态势。
在9日军以上干部会议结束后，彭德怀傍晚即乘火车由沈阳赴安东（丹东）。在旅途中彭德怀仍不肯睡觉，他一边啃馒头干，一边在列车上召集丁甘如、成普等人开会，研究组织他的指挥所。他说：“在沈阳两天太紧张，现在抓紧时间算算人头帐，把从北京和沈阳调来的同志们分分工。”就这样，中国人民志愿军彭德怀司令员指挥机关，就在火车上组成了。10日凌晨，火车抵达安东。边防军司令部将彭德怀一行接到镇江山招待所，彭德怀吃过早饭后不顾连日疲劳，即前往鸭绿江边察看渡江地点，了解战备情况。此时侵朝“联合”和南朝鲜军队40余万人的总兵力中，第一线兵力即有4个军共10个师另1个旅1个空降团共约十几万人，正分兵多路向中朝边境疯狂进犯。
为使志愿军在地面兵力占绝对优势，以达初战获胜之目的，彭德怀于10月10日急电请示：原拟先出动两个军、两个炮兵师，恐鸭绿江铁桥被（敌战机）炸毁，不易集中优势兵力，失去战机，故决定将4个军3个炮兵师全部集结江南待机歼敌，改变原定计划，妥否盼示。于11日复电同意。正当彭德怀深感8日他在沈阳朴一禹的匆匆会谈，内容不够详细具体，于是当晚20时他再次急电请示：还有不少具体问题，须与金日成同志面商解决，拟明（11日）晨经安东前往德川。
正当彭德怀在安东察看地形，听取驻军领导汇报部队渡江准备情况时，12日晚上，聂荣臻打来电话，说情况发生了变化，苏方表示空军未准备好，暂时无法支援中国志愿军入朝作战，要彭德怀火速回京开会。同日，来电指示，13兵团各部仍就原地进行训练，不要出动；请高岗、彭德怀明日来京一谈。于是，彭德怀立即赶夜车回沈阳。13日中午，他和高岗回到北京，聂荣臻对他们说：“下午要召开政治局会议，对出兵问题再次讨论。”
经彻夜讨论后，政治局同志一致认为，即使没有苏联空军的支援，也须立即出兵援朝。会议号召要自力更生，发扬我军历史上以劣势装备战胜优势装备敌人的丰富经验，克服各种困难，即刻入朝迎击冒犯之敌。聂荣臻在回忆在政治局会议上对是否出兵援朝作战时写道：“对于打不打的问题，同志也是左思右想，想了很久。同志对这件事确实是思之再三，煞费心血的，最后才下了决心。”中央作出最后决定后，彭德怀为防止部队对出兵援朝产生怀疑和松懈情绪，立刻在中南海给与他同机飞回北京正在军委作战部待命的成普打电话，让他给志愿军参谋长解方发出急电，要求志愿军各部继续做好出国准备。
就在13日政治局会议结束后的当晚，给在莫斯科的周恩来发了火急电报：“（－）与政治局同志商量结果，一致认为我军还是出动到朝鲜为有利。。。。。。（二）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，让敌人压至鸭绿江边，国内国际反动气焰增高，则对各方都不利，首先是对东北不利，整个东北边防军将被吸住，南满电力将被控制。总之，我们应当参战，必须参战，参战利益极大，不参战损害极大。”政治局紧急会议结束后，还与高岗、彭德怀进一步研究了志愿军出国时间、渡江方案，以及东北对志愿军后方供应保障问题。14日全天，与彭德怀又详细研究了志愿军的出兵和作战方案。问彭德怀：在这种情况下，可不可以打，苏联是不是完全洗手？彭德怀说：就是半洗手，也可以打。最后，讲：即令打不过也好，他总是欠我们一笔帐，我什么时候想打，就可以打，否则我们将来再想打，就无口可借了。与彭德怀最后确定志愿军各部于10月18日或19日分批渡江，先在平壤至元山线以北适当山岳地区组织防御，待机歼敌。10月14日21时，将中央政治局10月13日作出的关于立即出兵援朝的决定和第一步作战方案及志愿军入朝作战的方针和部署，电告在苏联的周恩来，其要点如下：
“（—）我已告彭在他到德川研究情况后，在平壤、元山铁路线以北德川、宁元公路线以南地区构筑两道至三道防御阵线。如敌来攻则在阵地前面分割歼灭之，如平壤美军元山伪韩军两路来攻则打孤立较弱之一路。。。。。。。（二）美军现尚停留在三八线，它进攻到平壤需要时间，由平壤再向德川进攻又需要时间。。。。。。（三）我军决于十月十九日开动，先头部队步行二百公里至德川需七天，休息一二天，可于十月二十八日在德川、宁远以南地区开始构筑工事。全军二十六万人渡过鸭绿江需要十天时间，即要到十月二十八日才可以渡江完毕。（四）为着准备十一月内在敌进攻德川区域时打一个胜仗，我们决定还是出发二十六万人（十二个步兵师、三个炮兵师）均开进为好。。。。。。（五）在我军开进半数修筑工事期间，朝鲜人民军方面还是继续抵抗，尽可能迟滞美伪韩军前进为有利。”10月15日清晨，彭德怀乘飞机自北京飞回沈阳。这一天他在沈阳一面部署志愿军出兵援朝的各项准备工作，一面又利用短暂时间视察了鞍山钢铁厂和沈阳兵工厂。因为他知道东北是中国重工业基地，打仗要靠重工业，战争的胜负，除了人是主要因素外，武器装备是重要的因素。
这天，由于联军已全面开始围攻平壤，平壤危在旦夕。金日成首相特派副首相兼外务相朴宪永前来沈阳会见彭德怀，要求中国尽快出兵，并希望与彭德怀早日会面，彭德怀告诉朴：“我们中央已最后决定，预定自10月18日或19日开始，部队分批渡江，希望人民军继续阻击敌人，迟滞敌人，我同高岗今天要赶赴安东，去部署13兵团渡江计划。。。。。。”