9月15日美国军队在仁川登陆以后，朝鲜的局势急转直下，中国和苏联的对策和态度也都更加明朗化。斯大林对于朝鲜局势出现逆转的情况首先表现出急躁和焦虑。9月18日，斯大林向平壤发出密电，指示瓦西里耶夫和什特科夫，要金日成从洛东江前线调回朝鲜人民军的4个师到汉城郊区。同一天，斯大林还命令苏联国防部长华西列夫斯基元帅紧急制定一项苏联空军为平壤提供空防的计划，包括从他们在苏联远东的滨海边疆区及港口城市海参崴派遣几个苏联空军的战斗机中队及雷达和防空部队到平壤周围的机场。随后，斯大林紧急向朝鲜派遣了以苏联武装部队副总参谋长马特维·扎哈罗夫(化名马特维耶夫)的特别代表团，并携带着斯大林的命令：停止对釜山防御圈的进攻，从洛东江前线撤出所有部队，把他们调回来守卫汉城的东面和东北面。斯大林还再次敦促华西列夫斯基尽最大努力向朝鲜人民军提供空中掩护及在平壤周围地区建立防空系统。[17]斯大林采取的紧急措施，看起来是要把苏联空军投入战斗，也就是说斯大林这时似乎采取了一种背离了他以往避免苏联与美国发生直接军事冲突的一贯方针的做法。其实不然，斯大林的这一举动如果不是情急之下的一时冲动，就是要作出一种姿态，借以遏制美国进一步向北朝鲜进攻。因为事实上当战局进一步恶化，美国真的越过三八线，朝鲜急需莫斯科给以直接的军事援助时，斯大林既没有派出地面部队，也没有派空军保护平壤。[18]

形势的危急还使得斯大林对朝鲜领导人以及苏联在朝鲜的代表和军事顾问的不满和埋怨情绪溢于言表。斯大林在9月27日的电报中先是指责朝鲜军队的“前线司令部、军团司令部和各部队在军事指挥方面，特别是在战术方面犯有严重错误”，接着又严厉批评苏联“军事顾问对这些错误负有更大的责任”，指责他们在坦克战术运用上的“愚蠢”，在情报工作方面的“无知”。斯大林特别强调造成局势恶化的原因是什特科夫和苏联军事顾问忽视了“敌人在仁川登陆的战略意义，他们否认这次登陆的意义，什特科夫甚至建议追查在《真理报》发表评论美国登陆情况的作者。这种忽视和缺乏战略眼光的状况致使他们怀疑从南方向汉城地区抽调部队的必要性，调动部队本身便被拖延和耽搁了”。斯大林认为如果能够“保证苏联最高统帅部关于从主要战线撤回4个师到汉城地区的命令得到准确和及时的执行”，“本来是能够从根本上改变汉城附近的局势的”。[19]斯大林大概忘记了中国领导人早在7月初就要苏联领导人提醒朝鲜同志美国军队在仁川或朝鲜人民军后方实行登陆的危险性，当时金日成固然因求胜心切而无视中国的警告，[20]而斯大林本人也没有在事前从战略上重视这个问题。在10月1日的电报中，斯大林又埋怨什特科夫没有积极向朝鲜领导人提供意见和建议，“从而助长了朝鲜领导人摇摆不定的情绪”；埋怨马特维耶夫“一直未曾将他对朝鲜战局的评估送到莫斯科，更不用说他也未曾提出目前这种形势所需要的任何设想和建议”，从而妨碍了莫斯科的决策，也导致“朝鲜领导人还没有在三八线及其以北保卫共和国的任何计划，也没有从南朝鲜撤出部队的计划”。[21]

斯大林大概也忘记了正是由于他本人的命令，苏联军事顾问在朝鲜的活动受到严格限制。苏联顾问奉命无论如何不得越过三八线，因此他们自己对战局的了解及施加影响的能力都是非常有限的。

朝鲜局势恶化对中国造成的压力丝毫不亚于苏联。出兵朝鲜问题已经做为应急方案摆在中国领导人面前。9月17日中央军委决定立即派遣一个五人先遣小组随柴成文赴朝熟悉情况，勘察地形，做战场准备。路过沈阳时，柴成文将随身带来的一封毛泽东的信交给高岗，信上说，“看来不出兵是不行了，必须抓紧准备”。[22] 9月22日，中国政府在公开声明中承认“居留中国的朝鲜人民有权力回去保卫祖国”，一方面表示中国人民坚决支持朝鲜人民与美国进行斗争的决心，一方面也是暗示性地对美国进犯北朝鲜的企图提出警告。9月25日代总参谋长聂荣臻对印度驻华大使潘尼迦说，“中国对美国突破三八线决不会置之不理”，尽管战争会对中国造成严重破坏，但中国“必须不惜任何代价制止美国的侵略行径”。[23] 9月30日，周恩来发表演说，又对美国政府提出了严正警告。演说中的“中国人民决不能容忍外国的侵略，也不能听任帝国主义者对自己的邻人肆行侵略而置之不理”这句话的后半句是周恩来在定稿时特意加上的，[24]其目的显然是要引起美国政府对中国可能参与朝鲜战争的重视。

形势越来越危急。9月28日金日成召开的朝鲜劳动党中央政治局紧急会议一致承认局势是严峻的。会议决定：第一，根据苏联顾问的建议，采取非常措施把最高统帅部和民族保卫省的职能合并于金日成一人手中，并建立最高统帅部的参谋部，以保证军队指挥系统的有效性和可靠性；第二，根据金日成的计划，采取紧急措施立即组建15个新的战斗师，除当时正在朝鲜北方进行组建的6个师外，再从东南战线撤回的残余部队中重新组建9个师；第三，也是关键的，政治局经过激烈争论一致认为汉城陷落后已无法阻止联合国部队越过三八线，而一旦敌人越过三八线，朝鲜人民军残余部队将无法进行有效的抵抗。因此，北朝鲜领导人一致同意要求苏联和中国毫不迟缓地提供直接的军事援助。政治局还通过了递交斯大林和毛泽东的两封正式信件。[25]9月29日晚，金日成会见了什特科夫和马特维耶夫。金日成在说明“如果敌人真的越过边界，人民军将无法组成新的军队，因此也无法对敌人进行任何有效的抵抗”之后，就如何向斯大林提交要求苏联提供直接军事援助的信件这一问题征求什特科夫的意见。但害怕再次承担责任的什特科夫回避了这个问题。由于情况紧急，金日成不得不硬着头皮直接向斯大林提出要求。[26]在当晚给斯大林发出的求救信中，金日成和朴宪永承认“危险的形势已经出现”，美国空军的绝对优势破坏了人民军一切有效的军事行动，“造成我方人员和物资的巨大损失”，通讯联络被切断，给养供应被破坏，处于南方的各部队已被分割包围，孤立无援，“汉城的陷落已经不可避免”。在表示了“要为独立、民主和人民幸福战斗到最后一滴血”的决心后，他们“恳求”斯大林“给予特别帮助”，即“当敌军跨过三八线以北的时刻，我们非常需要得到苏联方面的直接军事援助”。考虑到斯大林可能不会接受这一请求，他们又特别提出要斯大林对中国施加压力：“请帮助我们建立一支由中国和其他人民民主国家组成的国际志愿部队，为我们的斗争提供军事援助”。[27]该信9月30日夜晚23时30分以“特急电报”送达苏联武器部队总参谋部八局，10月1日0时35分解密，1时45分打印，送到斯大林在南方的别墅是2时50分。斯大林对朝鲜要求苏联给予军事援助的回答体现在他10月1日当天给平壤什特科夫和马特维耶夫以及给北京毛泽东和周恩来的两封信中。

在给平壤的信中，斯大林指示“必须立即动员全部力量，不让敌人跨过三八线，同时要准备在三八线以北同敌人作战”，并且提出了许多具体办法。但他首先强调北朝鲜自己有能力做到这一点。斯大林反复指出，“不要低估了朝鲜在组织防御方面的实力和能力”，“北朝鲜有极大可动员的潜力和资源”，“我们认为，北朝鲜不能在三八线及以北地区进行抵抗的观点是错误的，朝鲜政府有足够的力量，所需要的只是把所有的力量组织起来并尽其所能进行战斗”。至于提供直接军事援助的责任，斯大林毫不犹豫地推给了毛泽东：关于“要求武装援助的问题，我们认为更可以接受的形式是组织人民志愿军。关于这一点，我们必须首先同中国同志商量”。[28]

同时，斯大林非常客气但十分坚决地直接向毛泽东提出了出兵朝鲜的要求。斯大林在信中说：“如果您认为在紧急情况下有可能派部队支援朝鲜人，那么您应该立即派出至少五六个师到三八线，以便让我们的朝鲜同志有机会在你们的部队的掩护下组织起保卫三八线以北地区的战斗。中国军队可以考虑作为志愿军，当然是由中国人指挥。”一方面为了表示对中国同志的尊重，另一方面也是避免引起毛泽东的猜疑，斯大林隐瞒了最初是由金日成提出这一要求的事实。他说：“关于这个想法，我尚未也不准备告诉我们的朝鲜朋友，但在我看来，他们知道这一情况后，毫无疑问会感到高兴。”[29]实际上，金日成在要求斯大林替他向中国寻求帮助的同时，已经直接派人到北京求援。10月1日朴宪永携金日成给毛泽东的信抵达北京，请求毛泽东、周恩来派中国军队赴朝参战。朝鲜战争发展到最危急的关头，援救朝鲜的责任终于落到了毛泽东的身上。