在抗美援朝战争中，秦基伟作为中国人民志愿军第15军军长，指挥了著名的上甘岭战役。在他的日记里记述了这次战役。
1952年10月14日凌晨3时，以美国为首的“联合国军”地面部队向五圣山南麓上甘岭一带发动猛烈攻击。当天，秦基伟在日记中写道：
激烈的战斗在五圣山的前沿阵地全线展开了……但不论敌军的兵力大小，毫无例外的被打得落花流水丢人丢枪，活着来死在钢铁阵地的前面，这就是美帝国主义吹牛所谓“压力”。
从拂晓开始进入战斗至午前十二时，我守备部队同大于自己数十倍的敌人进行反复的争夺战，达到大量的杀伤敌人，而自己伤亡过大的情况下转入坑道作战，敌人占领我阵地表面的工事。
组织了顽强的反击，经五个钟头的肉搏战将敌人全部从阵地上赶出去，杀伤敌人一千九百余人，俘虏美伪军三名、缴各种枪炮百余支，击毁敌战车三辆。
秦基伟（左二）在上甘领战役的军指挥所中研究作战方案
15日，美军又以两个团的兵力攻击五圣山前沿阵地。激战至12时许，在飞机、大炮的配合下美军攻占了志愿军两个连的阵地。在志愿军守备部队同敌人进行30余次的反复争夺之后，因伤亡过大退守坑道。19日，秦基伟在日记中记叙，战斗的紧张激烈和残酷性是朝鲜战场上一年多所没有的情况：
每次夜间恢复阵地之后，由于有生力量的消耗及地面无立足条件，敌人第二天的白天仍然以反击攻占我地面阵地，这样使战斗形成拉锯形势，我守坑道，敌人占住外表阵地，造成交错，而我有生力量消耗较大。
秦基伟（右）在听取坚守上甘岭的英雄八连指导员的汇报
他还在日记里表达与阵地共存亡的决心：
……不到全部歼灭敌人、恢复阵地不停止战斗。
敌人越战越弱的情况似很明显，但最后困难的时候，就是我同敌人比赛战胜困难的时候。敌人软，我要硬。敌人硬，我要让他软。
及时总结经验教训
11月8日，秦基伟总结战时的经验，对以后的作战进行了深刻反思：
从廿余天的战斗中，我们深感在近代战争中应付平常情况的斗争中，还必须有准备应付敌人较大的重点攻势的思想和物质力量，否则很容易陷于被动或供不应求的困难。
近代战争是打钢铁和人，有了强大的二梯队，有了一定数量的弹药火炮，再在指挥上不犯错误，注意兵力弹药的节省使用，仗就一定保证打得好。
周总理接见秦基伟
在这天的日记里，他还总结了若干教训：志愿军的“防御正面应当缩短”；“预备兵员的准备及训练问题。这是保证部队的持续作战能力及不损害部队元气极其重要的工作”；志愿军“必须保持一定的机动弹药数量才能保持随打随补”。
在上甘岭战役中，志愿军完全掌握了正面战场的主动权。秦基伟没有被胜利冲昏头脑，而是立即组织部队对战役经过开展研究，总结战斗经验：
当然一切都是发展变化的，敌人失败之后会研究他们失败的教训而改变新的手段。
这些情况必须引起领导上兢兢业业，加强平时各方面的建设，特别是政治思想和战术思想的建设更重要。
1984年国庆大阅兵，总指挥秦基伟在检阅车上
时刻牵挂坑道里的战士
10月23日，志愿军134团在反击597.9高地时失利，有一个连的战士全部牺牲。秦基伟听闻后，在日记中写道：
这是多么痛苦残酷的战争，我们的战士是多么英勇顽强可爱，他们为了祖国的安全为人民的幸福而不惜自己的生命。人民称他们为最可爱的人，我想这是千真万确。
由于坑道狭窄不方便储存饮用水，战士们只能舔吮坑道壁上渗出的小水珠，甚至以人尿解渴。秦基伟知道后，立刻安排后勤部门从后方紧急采购苹果，但很难成筐送入坑道。为此，15军政治部专门下令：凡送入坑道一筐苹果者记二等功！在秦基伟的影响和带动下，15军的领导纷纷用自己的工资、津贴买水果，把温暖传递给坑道里的战士们。
在坑道口防守的志愿军战士
1952年11月初，15军受到志愿军司令部首长的嘉奖电令。秦基伟在日记中写道：
这是多么的光荣。但我们知道战争还未达到最后的胜利。敌人还在攻击，阵地还未全部恢复战斗尚未结束。我们更知道荣誉是无数英雄们用生命换来的，是友邻支援上级指导和敌人犯错误。严格检查起来，我们指挥上开始还不够冷静，在战术上还有许多缺点因而使部队代价较大。这些还需要我们提高改进。我们要发扬和巩固荣誉，让敌人再也不敢侵犯我们的阵地。
