1950年10月24日徬晚，志愿军第40军正以两路纵队快速向温井、云山、宁边开进。左路第118师翻过新仓，连夜赶到北镇东南两水洞地区。北镇至温井是一条长约20公里宽约1公里的谷地。谷地两侧是绵亘的高地，谷地北侧高地树林浓密，南通平壤北至楚山的公路沿北侧绕行，九龙江沿公路走向缓缓流淌，南侧高地距公路较远，高地与公路间沟坎纵横，地形复杂。
入夜，在沿温井至北镇公路和九龙江北侧一线阵地上，志愿军第118师354团指战员正严阵以待。
25日凌晨，隐蔽在山林中的指战员们焦急地盯着山下的公路。突然，山下响起了马达声，公路上扬起滚滚烟尘，两辆中型卡车沿着温井公路直开过来。接着，大队汽车一辆接一辆浩浩荡荡地开过来了。这是南朝鲜第6师第2团第3营并加强了一个炮兵连。
当敌人的前卫进至两水洞，后卫进到丰下洞以北时，随着团长的一声令下，全团一齐向敌人展开了火力袭击。
汽车停止前进，车上的敌人纷纷跳下车，立即向路侧的一个小山包奔去。指战员们依托有利地形，以拦头、截尾、斩腰的战法，向敌行军纵队侧翼实施猛烈的攻击。第3营第8连首先将敌炮兵连与敌第3营的联系切断，第2营以火力截断了敌第3营与团主力的联系，阻止了敌团主力的前进。第1、第3营乘敌队形混乱之际，分路冲下公路，大胆实施穿插分割。这股南朝鲜军兵力尚未展开，火炮未及开架，即大部被歼，余部向九龙江南溃逃。
此次战斗共毙敌325名，俘敌161名，还缴获了汽车、火炮和各种枪支等战利品。随队的一名美军顾问也成了志愿军的俘虏。当夜，第118师与第120师一起，乘胜攻占温井。
志愿军第40军开进途中在玉女峰、两水洞及温井地区以及志愿军第42军在东线黄草岭地区所进行的战斗，揭开了抗美援朝战争的序幕。至11月5日第一次战役结束时，志愿军歼敌1.5万余人，将“联合国军”从鸭绿江边赶到清川江以南，粉碎了麦克阿瑟吹嘘的在11月23日感恩节前结束朝鲜战争的计划。第一次战役的胜利初步稳定了朝鲜战局，使志愿军在朝鲜站住脚跟，为尔后作战创造了有利条件。1951年，党中央决定将两水洞战斗的1950年10月25日，确定为中国人民志愿军抗美援朝战争纪念日。