10月6日，周恩來在居仁堂主持中央軍委會議，會上傳達了黨中央關(guān)于出兵朝鮮的決定，并研究部署志愿軍出動的各項準備工作。林彪在會上繼續(xù)表示不贊成出兵，他的主要意見是，為了拯救朝鮮而把中國打爛不值得，因裝備太差與美軍作戰(zhàn)沒有勝利把握，美國可能用原子彈或大規(guī)模空軍襲擊中國大陸。因此，他還是主張最好不出兵，如果一定要出，就采取 出而不戰(zhàn) 的方針，屯兵于朝鮮，待機行事。周恩來批評了這種看法，強調(diào)出兵援朝的決心已定，現(xiàn)在只是研究如何執(zhí)行的問題。

10月8日，毛澤東發(fā)布了關(guān)于組成中國人民志愿軍的命令，任命彭德懷為志愿軍司令員兼政委，率第十三兵團及所屬4個軍和邊防炮兵司令部及所屬3個炮兵師，待命出動。后勤供應(yīng)事宜，統(tǒng)由高崗調(diào)度。同日，毛澤東發(fā)電將這一決定通知金日成。這是毛澤東第二次作出派兵入朝的決定。

中國決定出兵朝鮮的確是有很大困難的，其中軍事方面的問題主要在于中國軍隊裝備落后，而且沒有進行現(xiàn)代化戰(zhàn)爭必備的空軍。毛澤東在10月2日的那封未發(fā)出的電報中就曾明確要求斯大林向中國提供大量的軍事裝備，包括坦克、重炮和其他輕重武器，及幾千輛卡車，同時要求蘇聯(lián)在中國軍隊進入朝鮮作戰(zhàn)時提供空軍援助，可見毛澤東清醒地認識到武器裝備對于軍隊的重要性。為了取得出戰(zhàn)必勝的把握，也鑒于斯大林電報中說過 聯(lián)手作戰(zhàn) ，中國決定派周恩來赴蘇，與斯大林洽談蘇聯(lián)出動空軍支援和提供武器裝備的問題。

然而，就是在出動空軍的問題上，斯大林瞻前顧后，出爾反爾，以至中國在下決心出兵朝鮮的問題上再次出現(xiàn)波折。

周恩來是10月8日離開北京的，10日到達莫斯科，11日在布爾加寧陪同下乘專機飛到黑海之濱斯大林的休養(yǎng)地，當(dāng)天下午舉行雙邊會談。會談的內(nèi)容主要有以下幾點：（1）斯大林解釋蘇聯(lián)不能出兵的理由。斯大林認為蘇聯(lián)雖設(shè)想過幫助朝鮮，但早已聲明蘇軍從朝鮮全部撤出，所以不能出現(xiàn)在戰(zhàn)場，更不能同美國直接對抗。（2）斯大林勸中國出兵，如果中國出兵，蘇聯(lián)將供應(yīng)武器和裝備。（3）周恩來闡明中國出兵的困難：中國人民長期遭受戰(zhàn)爭之苦，許多國計民生問題尚未解決，目前剛剛結(jié)束戰(zhàn)爭，正在恢復(fù)和建設(shè)等等。（4）斯大林建議，如果中國不出兵，就通知金日成早些撤過鴨綠江，保存有生力量，可將主力部隊撤到中國休整，以利再戰(zhàn)。

因莫斯科與北京時差五個小時，斯大林與周恩來的聯(lián)名電報到北京時是12日子夜，再由蘇聯(lián)使館送到中共中央辦公廳轉(zhuǎn)呈毛澤東，大約已是12日下午。毛澤東得知蘇聯(lián)已確定暫不出動空軍的消息后，緊急發(fā)出兩封電報，指示東北的彭德懷、高崗以及華東的饒漱石、陳毅： 10月9日命令暫不實行 ， 十三兵團各部仍就原地進行訓(xùn)練，不要出動 ， 宋時輪兵團亦仍在原地整訓(xùn) 。同時，請高崗和彭德懷赴京商談。代總參謀長聶榮臻擔(dān)心電報輾轉(zhuǎn)延誤時間，又于當(dāng)晚7時許匆忙趕到軍委作戰(zhàn)部值班室，直接用電話找到正在安東察看渡口的彭德懷，告訴他情況有變化，回北京當(dāng)面談。

10月13日中午，彭德懷和高崗抵達北京。下午，毛澤東在頤年堂召開中央政治局緊急會議，對出兵和不出兵的利害關(guān)系再次展開討論。彭德懷聽說蘇聯(lián)不給予空軍支援后十分生氣，并表示要辭去志愿軍司令。毛澤東再次掌握了會場，他說服彭德懷和其他與會者，雖然蘇聯(lián)空軍在戰(zhàn)爭開始階段不能進入朝鮮，但斯大林已答應(yīng)對中國領(lǐng)土實行空中保護，并向中國提供大量軍事裝備。會議最后決定，即使暫時沒有蘇聯(lián)空軍的支援，在美軍大舉北進的情況下，不論有多大困難，也必須立即出兵援朝。隨后，毛澤東與彭德懷、高崗詳細研究了志愿軍入朝后的作戰(zhàn)方案。

會議結(jié)束后，毛澤東即給周恩來去電： 與政治局同志商量結(jié)果，一致認為我軍還是出動到朝鮮為有利。 在談到出兵的意義時，毛澤東在電報中指出： 我們采取上述積極政策，對中國，對朝鮮，對東方，對世界都極為有利；而我們不出兵，讓敵人壓至鴨綠江邊，國內(nèi)國際反動氣焰增高，則對各方都不利，首先是對東北更不利，整個東北邊防軍將被吸住，南滿電力將被控制。 總之，我們認為應(yīng)當(dāng)參戰(zhàn)，必須參戰(zhàn)，參戰(zhàn)利益極大，不參戰(zhàn)損害極大。