1950年6月25日，北韓戰争爆發後，毛主席本來是想讓粟裕擔任東北邊防軍司令員兼政委一職的，但是由于粟裕的病情過于嚴重，拖了三個多月都沒有見效，最後隻好将位于大西北的彭老總調到北京，率領志願軍官兵出征北韓半島，粟裕也是以喪失了挂帥出征北韓的機遇。
粟裕雖然沒有挂帥出征北韓，但是毛主席對他的病情依然十分關心。戰争年代，粟裕曾先後六次負傷，其中兩次傷在頭部，這些都險些要了粟裕的命。1930年水南戰鬥中，當時粟裕所在的指揮所被迫擊炮擊中，炸彈在離他50米處爆炸，彈片随後擊中了他的頭部，三顆彈片留在了他的頭部，留下了終生的病痛，隻要精神高度緊張、身體疲累時，都會引發頭痛。
解放戰争期間，粟裕正值壯年，但是卻因為長期的傷痛和高度緊張，多次昏迷過去。粟裕當時還患有高血壓，腸胃病，美尼爾氏綜合征，淮海戰役圍殲黃百韬兵團的時候，粟裕曾七天七夜不睡覺，血壓高達200多，頭痛到不得不連續用冷水來刺激自己，減緩疼痛。
1950年12月，粟裕的病情越發嚴重，當時國内的醫療手段是無法治好的，隻能去蘇聯治療。後來經中央準許，粟裕在妻子楚青，長子粟戎生的陪同下前往莫斯科治療。在蘇聯治病的這段時間裡，也是粟裕一生戎馬生涯中難得的一段溫馨時光。
粟裕到達莫斯科後，蘇聯方面給他派出了最好的醫療小組，經過一個多月的初步檢查，診斷為長期過度疲勞和受傷次數過多，還有兩次傷及腦神經，需要長時間的治療修養。之後蘇聯醫生安排他到高加索地區療養，在進行兩個月實體治療後，腦功能有不少恢複，于是他傳回莫斯科。
但是在回莫斯科後，粟裕又發生了嚴重腹痛，醫生檢查後，認為是慢性闌尾炎。粟裕又不得不入院進行手術。可是，醫生開刀後，發現他并非是闌尾炎，而是肚子裡的腸子錯了位，扭結在一起了，造成腸子堵塞——這就是他腸胃病的根源。醫生判斷他是戰争中翻滾，掉打，跌撞過重、過頻造成的，結果，醫生進行了近六個小時的手術，才把腸子恢複到正常的位置。
可是在腹痛的手術做好後，粟裕的腦神經毛病又複發。蘇聯醫生又對其進行長時間的治療，終于使他的腦神經毛病有了很大的改善，腸胃也有了很大的改善。一直到1951年8月，粟裕的一身傷病才被徹底治療好了。
1951年9月，粟裕大病初愈後，攜家人回到北京。粟裕回到北京後，中央中央辦公室主任楊尚昆奉命接待了他，将他安排到了中南海甲區，也就是毛主席住所附近。毛主席很快接見了他，滿面笑容地對他說：“很好，你健康地回來了，我們等着你進京呢！這個恩來和你談吧！”
毛主席和他談完不久，周總理，朱總司令前來通知粟裕，毛主席親自點将，調粟裕到總參謀擔任副總參謀長，粟裕當時謙遜地表示水準有限，想要去辦軍校，但當時劉伯承在辦軍校，是以毛主席還堅持讓粟裕到總參謀部工作。
新中國建立初期，毛主席就認識到，為了組織複雜的高度機械化的近代的戰役和戰鬥，必須挑選優秀的富有組織和指揮才能的指揮員，組成健全的，具有頭腦作用的富有科學的組織和分工的司令機關，這個司令機關就是軍委總參謀部，也是中央軍委組織全國武裝力量建設和實施作戰計劃的最高軍事上司機關。
1951年11月12日，粟裕被正式任命為軍委總參謀部第二副總參謀長，仍然兼任華東軍區副司令員的職務。接受任命一個月後，粟裕開始到中南海居仁堂的總參謀部履職，分工負責管理訓練，作戰和海空軍，各特種兵部隊。
這時，解放軍總參謀長徐向前因病長期未到崗，由第一副總參謀長聶榮臻代理總參謀長，總參謀部的人手根本不夠，粟裕在戰争年代有着豐富的作戰經驗，還經常站在全局考慮華東野戰軍作戰行動，有着極高的戰略眼光，很适合當總參謀部工作，這也是毛主席多次催促粟裕到總參謀部履職的主要原因。
1952年4月，彭德懷因病回國，當時負責統籌全軍事務的其實是周總理，周總理當時不僅擔任着國務院總理，還擔任着軍委副主席這一重要任務，天天忙得不可開交。是以此次彭德懷回國，立刻被毛主席留了下來，病愈後在國内主持軍委日常工作。
彭老總回國主持軍委日常工作後，中央任命志願軍第一副司令鄧華為志願軍代司令員兼代政委。鄧華在軍中的資曆其實也不低，是紅一軍團的一員名将，但是和陳赓，宋時輪等當時也在北韓的志願軍将領相比，資曆就顯得低很多了。
鄧華在得知讓自己代理志願軍司令員後，十分不安，還緻電彭德懷和毛主席，請求讓粟裕前往北韓擔任司令員兼政委一職，鄧華在電報中說：“目前雖無大的戰鬥，但工作上是有損失的，因而建議為加強志司上司，彭總不能回來時，粟裕同志來此很好。”
但是毛主席認為此時北韓半島上已經沒有太大的戰役，志願軍和美軍在三八線上邊打邊談，沒有必要派野戰軍級别的主帥出馬，是以不同意讓粟裕到北韓。之後鄧華又建議讓資曆也比他老的陳赓擔任志願軍司令員兼政委，但是被彭德懷拒絕了，彭德懷和陳赓的私交很好，但是彭德懷認為鄧華在北韓半島的時間更久，對美軍的戰術戰法比較了解，是以還是堅持讓鄧華代理志願軍司令員兼政委。
不論是毛主席，還是彭德懷，林彪，其實都很看重鄧華的才能。13兵團入朝之前，司令員是四野的另外一員悍将黃永勝，鄧華是15兵團司令員，但是四野司令員林彪，還有原四野政委羅榮桓，參謀長劉亞樓都認為鄧華的軍事指揮才能更強，是以向毛主席建議将兩個兵團的司令員調換，指揮兩個兵團的司令部也都全部調換，鄧華這才成為了13兵團司令員。
事實證明毛主席，彭德懷，還有林彪等人沒有看錯人，鄧華作為一線指揮員，能夠從着眼戰争全局出發，正确把握謀局、開局、控局、收局等重大戰略問題，去籌劃戰役、戰鬥。入朝之後，他多次指揮部隊挫敗美軍進攻，1952年10月，鄧華又成功組織指揮了上甘嶺戰役，狠狠地打擊了美軍的嚣張氣焰。在抗美援朝戰争後期，鄧華組織部隊邊打邊停，有效配合了停戰談判。1954年9月，雖然鄧華這時已經回國，但仍被正式任命為志願軍司令員兼政委。可以說，這是毛主席、中央軍委對鄧華在抗美援朝戰争中作為的肯定及最髙褒獎。