1950年6月25日，朝鲜内战爆发。6月26日，美国驻远东的空、海军参战，支持南朝鲜李承晚军队。7月7日，美国操纵联合国安理会通过非法决议，纠集以美国为首的由16个国家组成的“联合国军”出兵朝鲜。9月15日，侵朝美军在仁川登陆，同时分兵北进，于29日廹近“三八线”。10月9日，焊然越过“三八线”，向中朝边境进逼并出动飞机侵犯我东北领空，把战火烧到鸭绿江边。在此严峻时刻，应朝鲜劳动党和政府的请求，党中央毛主席毅然作出了“抗美援朝，保家卫国”的战略决策。1950年10月19日，中国人民志愿军司令员兼政委彭德怀率首批部队跨过鸭绿江，与朝鲜人民军并肩向侵略者实施反击，抗美援朝战争开始。

      1951年3月15日，中央军委命令，中国人民解放军炮兵第六十二师改称为中国人民志愿军炮兵第六十二师，隶属志愿军炮兵指挥所，参加抗美援朝战争。次日，师在安东市（丹东市）青年广场召开了赴朝作战誓师大会。18日，副师长王星率师部和604团作为先行部队由安东鸭绿江造纸厂驻地出发，跨过鸭绿江。4月，605团、606团相继入朝。先后参加掩护桥梁、守卫机场、粉碎敌“绞杀战”、实施机动作战和反登陆作战及掩护夏季反击作战。在抗美援朝战争中，共作战2725次，取得了击落敌机119架、击伤272架、俘敌飞行员18名的辉煌战果，沉重打击了美国空军不可一世的嚣张气焰，有力地支援了抗美援朝战争取得伟大的胜利。全师共涌现出以战斗英雄黄明球、代明学为代表的2400多名功臣模范。其中一等功臣4人、二等功臣21人；一等功营1个、二等功连1个、三等功连8个、一等功班1个、二等功班2个。620团前身独立高炮29营在战斗中取得了击落敌机48架、击伤58架的辉煌战绩，荣立集体一等功，被军委炮兵授予“百战百胜”锦旗。 604团1连在历次作战中打得英勇顽强，被军委炮兵授予“英勇顽强，连战连捷”锦旗，并派代表参加了全国群英会。

      1953年7月27日，朝、中及联合国军三方代表在板门店签订了《朝鲜停战协定》，朝鲜战争宣告结束。停战后，师继续执行要地防空和掩护志愿军总部等任务。奉中央军委命令，我部于1958年7月和10月分两批离朝回国。师在朝鲜的8年中，出色地完成了祖国和人民赋予的光荣使命。在撤军的过程中，全师共出动17978个工日，帮助朝鲜人民医治战争创伤，重建家园。修渠、筑霸、建房、植树，进一步增强了中朝友谊，谱写了一曲爱国主义和国际主义的壮丽诗篇。