美国当局为了挽救在战场上的不利局面，增加对朝中方面的压力，以影响停战谈判，并为了试验其细菌武器的性能，于1952年初违反国际公法，不顾人道主义，在继续实施“绞杀战”的同时，在朝鲜北方及中国的部分地区实施了大规模的细菌战。美国为了掩盖罪行，其细菌战是在秘密状态下进行的。
沃克·麦·马胡林，1951年10月以前曾在美国空军部长办公室任职，后任美侵朝第5航空队上校大队长，1953年5月13日被击落俘虏；小安德烈·杰·爱文斯，1952年11月前曾在美国空军参谋长办公室任职，后任美侵朝第5航空队上校副联队长，1953年3月26日被击落俘虏。他们在美空军部长办公室或空军参谋长办公室任职期间，均接触过有关美军在朝鲜实施细菌战的一些内幕情况，并都在朝鲜执行过细菌战任务。据他们被俘后的供述，早在1950年12月，美军在遭到中国人民志愿军第二次战役的打击，从清川江向三八线撤退时，美国参谋长联席会议就希望用细菌武器挽救朝鲜战场上的败局。参谋长联席会议的主要成员，都认为细菌武器有效而便宜，应加以发展，并批准了在朝鲜使用细菌武器的准备工作计划，限令1951年底以前完成准备。1951年冬，参谋长联席会议决定在朝鲜实施细菌战。
马胡林在其1953年8月10日的供词中说：1950年11月，我奉我的上级空军部长办公室副主任蒂尔的指示，参观了马里兰州佛里德里克的狄特里克兵营，空军方面正在这里试验用飞机携带及投掷细菌武器的最好方法。蒂尔告诉我，高级军事领袖们，如参谋长联席会议主席布莱德雷将军、陆军参谋长柯林斯将军、空军参谋长范登堡将军、海军作战部长谢尔曼将军，都认为细菌武器既有效，又便宜，故应该加以发展，使这种武器在战争中占有一定的地位。1951年10月的最后一个星期，掌管空军作战部的萨韦尔少将召见我，他说，空军参谋长命令将75架F-86E型飞机运往朝鲜，以替换第51战斗截击机联队的F-80型飞机，你马胡林将负责此项计划。这些飞机的用途与在朝鲜进行的细菌战计划有关。已接到国防部和参谋长联席会议的指示，要在朝鲜进行一次有限度的细菌战役，细菌战役的目标，是要在朝鲜战场试验其效果，使用的规模，也可能根据战争的实际情况予以扩大，不同类型的飞机所能携带的容器均将予以试验，在各种不同的地形和不同气候下试验，有人也希望谈判可能会受此影响，而产生一个满意的结果。马胡林说，12月18日下午，远东空军司令威兰将军会见我们，他说，他已接到参谋长联席会议关于细菌战计划的命令，在初期，将由F-86型飞机，在较小的规模上进行细菌战，以后有可能予以扩大，其他类型的飞机也将进行参与。威兰会见后，我接到了被调到第5航空队去的命令。12月20日，我们到汉城，见了第5航空队司令埃弗勒斯特，他告诉我们，第5航空队将开始一个有限度的细菌战役，这关系到第5航空队的战斗机和轰炸机，这种攻击将在一种试验的基础上，但有可能扩大。
爱文斯在1953年8月18日的供词中说，我第一次接触到细菌战及其可能在朝鲜被使用的事实是在1951年1月，当时，我任空军参谋长办公室主任格鲁森道夫准将的助理。某日，他同我谈论在朝鲜发生的事情，当朝鲜形势由于中国军队参战以致逆转时，他告诉我，虽然如此，但参谋长联席会议已于上月批准在朝鲜可能使用细菌战及其准备工作计划，研究与发展指挥部已奉命在1951年底完成这个计划，也许这个计划会对战争前途有所影响。
除他们两人之外，还有1952年7月8日被击落俘虏、任美国海军陆战队第1航空联队参谋长的费兰克·赫·许威布尔上校，在1952年12月的供词中，也供述了他的前任于1952年4月下旬向他讲述的有关细菌战的背景情况。这个背景情况与马胡林、爱文斯所谈的情况大体相同。爱文斯和许威布尔以及其他一些执行过细菌战任务被击落俘虏的美国飞行员在供词中都说，美国在远东的所有作战飞机，包括战斗截击机、战斗轰炸机、B-26轻轰炸机、B-29战略轰炸机以及海军陆战队的飞机都执行过细菌战任务。
美国在朝鲜实施细菌战，使用的病菌、病毒都是经过精心培殖的，有鼠疫、霍乱、伤寒、痢疾等烈性传染病的病菌、病毒，将其制成细菌弹或细菌粉剂，有的附在其他媒介物上，利用飞机进行投掷和布撒。为保密，而对他们的飞行员诡称“宣传弹”或“不爆炸的炸弹”，一般在夜间或夹杂在轰炸任务中进行。其布撒的范围包括整个朝鲜北方，主要是平壤以北几条铁路干线的沿线及城镇。在中国东北地区也投撒了细菌。仅1952年1月28日至3月31日，两个月时间内，在朝鲜北方就发现美军布撒的带有病菌、病毒的昆虫等804次之多，2月底以后，在中国边境地区也有发现。多年没有鼠疫、霍乱流行的朝鲜北方，受到侵害而又感染流行。
1952年1月底和2月初，在朝鲜冬季最冷的月份，在美军飞机过后，志愿军多次在野外发现在这个季节里不能生存的昆虫和小蜘蛛，并且密度较大，有的竟达一平方米1000多只。中共中央和中央军委接到志愿军的报告后，极为关注，处理也非常慎重。指示志愿军继续收集有关情况，采集标本培养化验，以作出判断，同时采取有力措施扑灭这些昆虫，以防扩散。总参谋部和总后勤部还派出有关专家前往了解情况。到2月中旬，志愿军又连续多次在美军飞机过后发现上述昆虫和小蜘蛛等。17日，中朝联合司令部向志愿军和人民军各部，作了通报，并指示各部严加注意，警惕敌人的阴险。
2月18日，聂荣臻代总参谋长就美军投撒带菌昆虫及处理意见，向毛泽东并刘少奇、朱德、周恩来、林彪作了呈报，报告中说：朝鲜前方敌人投撒昆虫有三种：一为蜘蛛、二为苍蝇、三为跳蚤，投撒面积甚大，第20、第26、第39、第42军防区均有发现。“除已派专家前往现地了解外，现已将各种昆虫送往北京，进行培养化验，究竟带何种病菌，尚须两日后得出结论。据专家估计，以霍乱、伤寒、鼠疫、回归热四种之可能性较大。如化验证实，防疫与灭疫工作，即须火速以大力进行（总后卫生部正计划中），并需要苏联在人力物力予以援助。”至此，中共中央和中央军委已判明，美国在朝鲜投撒各种昆虫，系进行细菌战的行动。毛泽东看到这个报告后，于19日批示：“请周总理注意此事，并予处理。”
接到毛泽东的批示后，当晚，周恩来即拟出了反细菌战工作要办的事情，并呈报毛泽东：“主席批示已悉，现在计划要办的事情为：一、加紧试验前方业已送回的昆虫细菌，据初步化验含有鼠疫、霍乱及其他病菌，一二日内当可全部判明；二、前送防疫队和疫苗、粉剂及其他器材；三、先请朴宪永发表声明（即电告），中国外长继起向全世界控告，以新闻舆论配合，并要美国对后果负责；四、由和大向世界和大建议，发动世界反对美国进行细菌战罪行的运动；五、电前方进行防疫动员，东北亦加戒备；六、将此事电告苏联政府，请其予以帮助。”此6项措施，得到毛泽东的批准。此后，即按此展开了揭露、控诉美国细菌战罪行和进行战场防疫的反细菌战工作。
21日，中共中央向各中央局发出了反对美帝细菌战的宣传工作指示，指出：“朝鲜前线我军阵地及后方，自一月二十八日起，连续发现美帝侵略者用空军大量施放和传布细菌。这是美帝国主义者所加于中朝两国人民的新的灭绝人性的罪行。对于美帝国主义这一新的罪行，必须加以揭露和打击，动员全国人民加强抗美援朝工作，支援中国人民志愿军。中央已决定由新华社于二十二日起，发布新闻和人民日报社论；我国外交部和朝鲜外交部均将就此事发表声明，向全世界提出控告；中国人民保卫世界和平反对美国侵略委员会亦将就此事向世界和平大会提出控诉，并建议世界和大发起反对美帝进行细菌战罪行的运动。各地党委在新华社发布这一新闻之后，即应发动一个控告和反对美帝这一新罪行的宣传运动。”中央在指示中，对各地开展这一运动也规定了若干办法。
同一天，中央军委发出了由周恩来起草的给志愿军和东北军区的指示，指出：“据许多征候看来，敌人最近在朝鲜散放的各种昆虫显系进行细菌战的行动，应引起我们各级领导的高度注意。现在虽然还不能最后确定敌人所散放者为何种病菌（因需经过培养和反复检验，故时间上需两日），但事不容迟。为争取时间，除已令贺诚与苏联顾问和其他专家务于今日（廿一）提出防疫计划外，并自昨日（廿）起已将现有鼠疫疫苗三百四十万份、消毒粉剂九千磅及喷雾器、防疫衣物等，分三日用飞机运到安东，由志愿军留守处速转前方。此外，在国内再赶制一千万份鼠疫疫苗，分批送入朝鲜。防疫人员除部队的防疫队和卫生人员应进行紧急动员外，已令东北防疫队待命出动，并已电请苏方派遣专家指导。现在的重要问题是必须抓紧每一分每一秒钟的时间，进行细菌散布区的消毒和隔离，克服麻痹大意和侥幸心理。但在部队中则亦应特别注意不要造成惊慌和恐怖。为便于掌握敌人继续散放细菌和我们防疫的情况，请志司务应每日作一简报。至于前方尚需何种药品和用具，亦望随时电告，以便筹送。”同日，将这一电报有关内容，以毛泽东名义发给金日成和李克农。
23日，周恩来审阅总后卫生部拟制的反细菌战防疫计划大纲，认为“原则可用”，同时呈报毛泽东，建议反细菌战工作可分两阶段实施：第一阶段为准备和预防阶段，即在目前病菌尚未发展的情况下，中央先在中央军委机构内部组织总防疫办公室，领导后方进行防疫准备和在前线采取防疫措施（战区先由联司组织防疫指挥处，东北军区组织防疫办公室，各大军区由军区卫生部负责此项工作），目前尚不忙在国内作大规模动员和边境检查。如果美国在我公开控诉后仍继续进行细菌战，则我将立即进入全面采取紧急措施的第二阶段。当日得到毛泽东的批准。
25日，中央军委再次给志愿军发出防疫指示，指出：
目前在朝鲜的防疫工作，首先应是统一对敌人进行细菌战的认识，克服各种右倾思想（大意麻痹、侥幸和不相信敌人会撒放细菌等）。各级领导干部和机关，必须把防疫工作当做目前部队和居民工作中的首要任务。为此除在外交上、宣传上中央另有布置外，现将有关前方防疫工作的具体措施规定如下：
（一）防疫工作分两个步骤进行。第一阶段即在目前前线病菌不发展的情况下，中央先在军委机构内部由总参、总政、公安部、卫生部等派代表组成中央防疫办公室，战区则由联司组织防疫指挥处，东北先由军区组织防疫办公室，以便分别掌握防疫的情况，交换疫情，研究和指导前方的防疫工作和后方的支援工作。如果敌人在我公开控诉它的罪行后，仍继续散下细菌昆虫，而前方化验中又更加证实为传染病菌，并不断发现病员和死亡，且数目又日益增多，则我们便应宣布进入第二阶段紧急措施阶段。那时战区和国内都必须组织包括各方面的防疫委员会，以加强对防疫工作的全面领导。
（二）立即动员前方的防疫队和卫生人员速将已送到前方的三百四十万份鼠疫疫苗在部队和防疫区居民中进行强迫接种，并进行疫区的消毒和隔离工作，此事应毫不犹豫地进行。五联疫苗（霍乱、伤寒、副伤寒A、B及破伤风混合疫苗）现正开始包装，约于三月中旬可送去二百五十万份（供党、政、军工作人员用），及霍乱疫苗五百万份（疫区和交通要道居民用）。鼠疫疫苗仍在按计划赶制中，防毒口罩亦在布置赶做。
（三）应加强防疫的情报工作，除各级防疫组织和卫生机关必须随时将防疫情况报告外，在战区的适当地点必须组织若干化验室与检疫站，并由志卫组成若干机动的化验组和防疫队。为此中央正在组织京、津及其他大城市的化验专家成立若干化验组前往志司。东北防疫队已抽一百五十人分赴安东、长甸河口、辑安、临江、图们设站外，另三百五十人已集中长春训练待命入朝。
（四）指定几个专门医院作为防传染的预备医院，准备收容和隔离病人。
（五）部队中和居民中的防疫教育极为重要，必须认真地进行，但同时应特别注意不要造成惊慌和混乱。
总之，我们不管敌人的细菌战进行到何种程度，也不管有无病员发生，都必须迅速而坚决地进行防疫工作，不容有任何的犹疑和动摇，否则即易发生损失，陷于被动。至于具体措施，则请彭酌情处理并告。
根据上述决定和指示，在国内和在志愿军中全面展开了反细菌战斗争。2月底3月初后，美国将细菌战的范围扩大到中国东北地区后，3月14日，成立了以周恩来为主任，郭沫若、聂荣臻为副主任和以贺诚为办公室主任的中央防疫委员会，统一领导反细菌战的全面工作。
在朝鲜民主主义人民共和国政府外相发表声明抗议美国细菌战暴行后，2月24日，周恩来以外长名义发表声明，支持朝鲜外相的声明，并表明中国政府和人民坚决粉碎美国细菌战罪行的决心。同时，全国的新闻舆论工具密切配合，揭露控诉美国细菌战的罪行。中国人民保卫世界和平反对美国侵略委员会主席郭沫若致电世界和平理事会主席约里奥·居里，各民主党派、各人民团体、著名民主人士纷纷发表声明和讲话等，揭露、控诉美国细菌战的罪行。世界各民主组织和各民主国家人民，也纷纷发表声明或举行集会，抗议美国细菌战暴行。
对此，美国当局开始时表示沉默，直到3月4日，美国国务卿艾奇逊才发表声明，予以抵赖和否认。6月18日，当苏联代表在联合国安理会提出“号召各国参加批准1925年签订的禁止使用细菌武器的日内瓦议定书”这一提案时，美国代表又无理予以否决。
为向全世界揭露和公布美国细菌战的罪行，3月中旬，由中国人民保卫世界和平反对美国侵略委员会决议发起，由中国红十字总会、各人民团体、各民主党派、基督教界、新闻艺术界的代表和有关方面的专家、学者组成“美帝国主义细菌战罪行调查团”，于3月下旬至4月上旬，到朝鲜和中国东北地区进行了现地调查；3月上旬至8月中旬，中朝两国政府还先后接受了“国际民主法律工作者协会调查团”、“调查在朝鲜和中国的细菌战事实国际科学委员会”，到朝鲜和中国东北地区，调查美国细菌战罪行。这3个调查团先后公布了调查报告，经过法律和科学的步骤，调查了大量事实，分别得出了美国在朝鲜和中国东北地区实施了细菌战的结论。
在此期间，中国还在北京和沈阳举办了美国细菌战罪行的实物、图片展览。
自5月上旬至1953年11月下旬，中国新华社又陆续公布了执行过细菌战任务、被击落俘虏的25名美国飞行员关于他们执行细菌战任务情况的供词，这些供词的共同特点是，他们都讲述了执行细菌战任务的详细情节及大体相同的官方有关保密规定。3名被俘的上校飞行员，由于他们职务较高和有在美国空军高层机关任职的经历，还分别供述了情节基本相同的美国参谋长联席会议关于在朝鲜进行细菌战的决策和计划情况。
尽管美国官方一直抵赖和否认，并直到战后的现在也未公布其有关在朝鲜战争中实施细菌战的档案。但事实胜于雄辩，美国实施细菌战的罪恶行径和丑恶嘴脸，在世人面前已暴露无遗，其细菌战的罪行在世人面前昭然若揭，遭到了国际舆论的谴责。
当时加拿大的和平大会主席、曾在中国当过22年传教士的文幼章博士，访问中国时在沈阳附近进行了现地调查了解后，用他亲眼所见事实，于4月25日在伦敦记者招待会上说，美国不但在朝鲜，而且在中国进行了细菌战，并声援中国人民的反细菌战斗争。几十年后，在他过世之前，嘱托他的儿子、加拿大约克大学历史系退休教授史蒂芬·艾迪科特（中文名字：文忠志），写一本有关美国在朝鲜战争中进行细菌战的书。史蒂芬·艾迪科特（文忠志）自费到美国和中国收集有关资料和访问当事人，并通过中国有关部门特找本书作者，就美国在朝鲜战争中的细菌战事进行了座谈。他告诉本书作者，他到美国去收集这方面的资料，“虽然没有抓住老虎，但已抓住了老虎尾巴”，得知美国官方的档案部门有十几箱与美军在朝鲜进行细菌战有关档案没有解密。他遵从父亲的嘱托，根据收集到的有关材料和访问，撰写完成《美国与细菌战：来自冷战早期和朝鲜的秘密》一书，1998年11月由加拿大印第安纳大学出版社出版。
在抗议、揭露和控诉美国细菌战罪行的同时，在国内和战场上进行了科学有效的反细菌战防疫工作。根据中央军委的指示，首先在志愿军和东北行政区成立了反细菌战防疫委员会，部署和指导志愿军的反细菌战防疫工作，和在东北地区准备对志愿军防疫的支援工作。2月底3月初，美国将细菌战的范围扩大到中国东北地区，继3月中旬成立了以周恩来为主任的中央防疫委员会后，至3月底，除西南地区外，全国各大行政区和沿海各省市，也都成立了防疫委员会；除志愿军已组织防疫队外，在国内共组织129个防疫大队，2万余防疫人员；国内先后3批共50余人的检疫专家到朝鲜和东北现场检疫；在沈阳、北京、天津、青岛等地设立了细菌中心研究机构；苏联派来流行病学、细菌学、昆虫学、动物学等专家9人，在东北协助检疫工作；在东北地区国境线上、海港、交通要道设立检疫站66个，并在山海关设立了防疫总指挥部，负责过往人员、车辆、物品的检疫和消毒；国内共为战场提供1598.3万人份鼠疫疫苗，651万人份四联疫苗，284.5万人份五联疫苗，32.3万人份斑疹伤寒疫苗，80万余人份痢疾疫苗，滴滴涕和六六粉共38万余公斤；其他消毒粉剂4.29万公斤；在志愿军中已全部完成了鼠疫疫苗的注射，并在朝鲜美军布撒细菌地区和主要交通线两侧地区的450万居民中，完成了注射。4月中旬，在东北地区完成480万人的疫苗注射，在北京、天津、河北、山东、华东、中南、华南地区，也进行了重点注射。这种大规模的反细菌战防疫工作，到1952年11月底告一段落。
国内还结合反细菌战防疫工作，开展了全国性的防疫爱国卫生运动，并于5月开展了全国卫生防疫突击月。开展这一活动，大大提高了中国人民的卫生和健康水平。
针对美国实施细菌战，采取上述决策和措施，有力地粉碎了美国的企图。美国细菌战不但未能达到军事上的目的，而且在政治上和道义上也遭到了可耻的失败。
抗美援朝战争到了这时，正如毛泽东所说的：“我们方面发生的问题，最初是能不能打，后来是能不能守，再后来是能不能保证给养，最后是能不能打破细菌战。这四个问题，一个接着一个，都解决了。我们的军队是越战越强。”