聂荣臻9月27日致电彭德怀报告说：自朝鲜境内山洪暴发，美军空中轰炸以来，9月上半月的14天中，铁路许多地段只能通车3至5个夜晚，行车速度降到每小时5至10公里，电话经常不通，只能由人引导行车。
9月下半月至10月底，要长途运输12万个车皮，但最多只能运6000个车皮。
因此，遵照周恩来指示，主要运粮食、被装、油料，其他物资一律缓运。
为保护交通线，聂荣臻向彭德怀建议：增加高射炮火，保护咽喉地段，尽快修复被炸铁路线，成立中朝联合运输司令部，开辟新的公路倒运物资，改善装卸办法，木材、石料、煤炭等尽量就地取材，与铁道部协调运输计划等7点建议。
这些建议大部被采纳，志愿军指战员在实践中又创造出许多更为有效的办法，挫败了敌人的“绞杀战”，美军于1952年6月不得不宣布放弃“绞杀战”计划。
志愿军作战武器弹药消耗很大。
聂荣臻为保障志愿军的武器弹药供应，多次召开会议，研究解决办法：一是挖掘库存潜力；二是组织兵工生产部门自己修和造；三是向苏联定货。
终于克服了困难，保证了前线作战需要。
为保障志愿军空军入朝参战，1951年8月起，聂荣臻又组织第二十三兵团入朝抢修飞机场。
他找该兵团师以上干部谈话，进行动员，又为他们补充了弹药、器材、机械等。
第二十三兵团9月初入朝，仅用一个多月时间，就抢修成了南充、泰川、院里3个简易机场，保障了空军入朝参战的需要。
1951年8月至10月，志愿军在抗击敌人的两次大规模攻势作战中，共歼敌157万人，迫使美军恢复停战谈判。
10月初，毛泽东指示抽调30万志愿军回东北整训待机。
聂荣臻为此多次召集会议研究方案。
10月9日，他就上报了撤军计划，计划中还对留在朝鲜的8个军的作战部署作了详细说明。
经毛泽东批准后，按方案落实各项措施，很快就完成了任务。
1952年一二月间，美军竟然先后对朝鲜和我国东北地区进行细菌战。
3月上旬起，聂荣臻组织了北京、天津、上海等地的七十多位有关科学家，到实地进行了一个多月的调查，以无可辩驳的事实，向全世界揭露美军的暴行。
同时，他以最快的速度，短期内筹集了580万份能防霍乱、鼠疫等疫苗，二十多万具防毒面具，送往前线部队，进行了有效的防护。
在世界舆论的压力下，终于迫使美军停止了细菌战。
1952年9月，遵照毛泽东指示，聂荣臻开始组织志愿军大规模轮换入朝参战的工作，到1953年春，共轮换了10个军。
使志愿军在国内得到适当休息，又减轻了后勤供应的压力。
1952年12月，聂荣臻建议，各总部、各大军区机关干部，分批入朝轮换志愿军兵团部以上领导机关的干部，以获得与美军进行实战的锻炼。
建议获批准，后分批组织实施。
1952年春季到1953年夏季，志愿军依托坚固工事，进行防御战，又适时进行小规模、大规模的反击战，共歼敌26万多人。
迫使美军于1953年7月27日签署了停战协定。
历时近3年的抗美援朝战争胜利结束。
聂荣臻在代理总参谋长的岗位上，用他自己的话说，度过了一生中最繁忙的时期。
他终于因高血压、心脏病、脑神经失调等病因，累倒在办公室里。
1953年春，朝鲜战争已胜利在望，毛泽东批准聂荣臻到杭州疗养一个月，朝鲜战争胜利后，他才又休息了一段时间。
