軍情緊急，壓力巨大，決策異常艱難。是否出兵入朝作戰，中共中央的決策經歷了一個從考慮出兵，到暫緩出兵，再到最終決定出兵的過程。10月2日，毛澤東親自草擬了一份長電報回復斯大林前一天的來電，內容是決定派遣志愿軍入朝作戰，并說明援朝的必要性、初步的戰略設想和對參戰前景的估計。然而，這份對志愿軍入朝作戰具有重要指導意義的電報并未送交蘇聯方面。這是因為在當天下午召開的書記處會議上，對出兵的問題未能取得一致意見，擬好的電稿被擱置下來。會后，毛澤東召見蘇聯大使羅申，讓他向斯大林轉呈中共中央書記處會議的意見：現在派遣志愿軍援助朝鮮可能會承擔極其嚴重的后果，中共中央的許多同志認為對此表示謹慎是必要的，目前最好克制一下，暫不出軍隊，同時積極準備力量。毛澤東還特別說明：“我們將召開一次黨中央會議，中央各部門負責同志都要出席。關于這個問題還沒有作出最后決定，這是我們的初步電報。”由于事關重大，他要求立即派遣周恩來和林彪赴蘇直接同斯大林磋商。10月4日和5日，中央政治局擴大會議在中南海頤年堂召開。會上充分發揚民主，與會者經過慎重討論，反復權衡利弊得失，最后取得一致的認識，作出了派遣中國人民志愿軍入朝作戰進行抗美援朝、保家衛國的斗爭的決定。

毛澤東和中央政治局認為，盡管存在著嚴重困難，出兵還是必要的。這不僅是因為，如果讓美國侵略軍占領整個朝鮮，強兵壓到鴨綠江邊，我國將難以安定地從事建設，而且放任美國侵略軍這樣恣意踐踏世界和平、欺凌友邦，于中國、于東方各國都極為不利。我軍出戰也存在著取得勝利的可能性。我們進行的是反侵略的正義戰爭，得道多助，士氣旺盛；我軍兵源充足，一貫能夠以劣勢裝備戰勝裝備優良的敵人，有豐富的戰爭經驗、靈活的戰略戰術和不怕犧牲、不畏艱苦的勇敢作戰精神；戰場背靠我國東北，后勤支持近便；而美軍雖然武器先進，但兵力分散，補給線長，戰斗意志不強。

關于參戰的前景，毛澤東指出，必須從戰略上作好兩種準備：第一，既然決定出兵到朝鮮和美國人作戰，就力求“在朝鮮境內殲滅和驅逐美國及其他國家的侵略軍”；第二，既然中美兩軍將在朝鮮境內交戰，“就要準備美國宣布和中國進入戰爭狀態，就要準備美國至少可能使用其空軍轟炸中國許多大城市及工業基地，使用其海軍攻擊沿海地帶。”他估計：“最不利的情況是中國軍隊在朝鮮境內不能大量殲滅美國軍隊，兩軍相持成為僵局，而美國又已和中國公開進入戰爭狀態，使中國現在已經開始的經濟建設計劃歸于破壞，并引起民族資產階級及其他一部分人民對我們不滿。”在準備應付最不利局面的同時，中共中央也估計到，由于中蘇同盟的存在，如果美國把戰爭擴大到中國就會變為全面戰爭，變為世界大戰，但出現這種情況的可能性并不很大。中國出兵頂住美國的進攻勢頭，挫其銳氣，就可能使戰爭局部化，然后尋求和平解決的途徑。正如周恩來稍后指出的：“美帝國主義用武力壓迫別國人民，我們要使它壓不下來，給它以挫折，讓它知難而退，然后可以解決問題。我們是有節制的，假如敵人知難而退，就可以在聯合國內或聯合國外談判解決問題，因為我們是要和平不要戰爭的。”

在中共中央決策期間，出兵的準備工作一直在緊張地進行著。10月6日，周恩來主持召開黨政軍高級干部會議，商議部署志愿軍入朝作戰事宜。為統一思想，貫徹中央決策，他強調指出：現在不是我們要不要打的問題，而是敵人逼著我們非打不可。朝鮮政府一再要求我們出兵援助，我們怎能見死不救呢？黨中央、毛主席決心已定，因此現在不是考慮出不出兵的問題，而是考慮出兵后如何去爭取勝利的問題。