1950年6月25日，朝鲜战争爆发后，毛主席本来是想让粟裕担任东北边防军司令员兼政委一职的，但是由于粟裕的病情过于严重，拖了三个多月都没有见效，最后只好将位于大西北的彭老总调到北京，率领志愿军官兵出征朝鲜半岛，粟裕也因此丧失了挂帅出征朝鲜的机遇。
粟裕虽然没有挂帅出征朝鲜，但是毛主席对他的病情依然十分关心。战争年代，粟裕曾先后六次负伤，其中两次伤在头部，这些都险些要了粟裕的命。1930年水南战斗中，当时粟裕所在的指挥所被迫击炮击中，炸弹在离他50米处爆炸，弹片随后击中了他的头部，三颗弹片留在了他的头部，留下了终生的病痛，只要精神高度紧张、身体疲累时，都会引发头痛。
解放战争期间，粟裕正值壮年，但是却因为长期的伤痛和高度紧张，多次昏迷过去。粟裕当时还患有高血压，肠胃病，美尼尔氏综合征，淮海战役围歼黄百韬兵团的时候，粟裕曾七天七夜不睡觉，血压高达200多，头痛到不得不连续用冷水来刺激自己，减缓疼痛。
1950年12月，粟裕的病情越发严重，当时国内的医疗手段是无法治好的，只能去苏联治疗。后来经中央批准，粟裕在妻子楚青，长子粟戎生的陪同下前往莫斯科治疗。在苏联治病的这段时间里，也是粟裕一生戎马生涯中难得的一段温馨时光。
粟裕到达莫斯科后，苏联方面给他派出了最好的医疗小组，经过一个多月的初步检查，诊断为长期过度疲劳和受伤次数过多，还有两次伤及脑神经，需要长时间的治疗修养。之后苏联医生安排他到高加索地区疗养，在进行两个月物理治疗后，脑功能有不少恢复，于是他返回莫斯科。
但是在回莫斯科后，粟裕又发生了严重腹痛，医生检查后，认为是慢性阑尾炎。粟裕又不得不入院进行手术。可是，医生开刀后，发现他并非是阑尾炎，而是肚子里的肠子错了位，扭结在一起了，造成肠子堵塞——这就是他肠胃病的根源。医生判断他是战争中翻滚，掉打，跌撞过重、过频造成的，结果，医生进行了近六个小时的手术，才把肠子恢复到正常的位置。
可是在腹痛的手术做好后，粟裕的脑神经毛病又复发。苏联医生又对其进行长时间的治疗，终于使他的脑神经毛病有了很大的改善，肠胃也有了很大的改善。一直到1951年8月，粟裕的一身伤病才被彻底治疗好了。
1951年9月，粟裕大病初愈后，携家人回到北京。粟裕回到北京后，中央中央办公室主任杨尚昆奉命接待了他，将他安排到了中南海甲区，也就是毛主席住所附近。毛主席很快接见了他，满面笑容地对他说：“很好，你健康地回来了，我们等着你进京呢！这个恩来和你谈吧！”
毛主席和他谈完不久，周总理，朱总司令前来通知粟裕，毛主席亲自点将，调粟裕到总参谋担任副总参谋长，粟裕当时谦逊地表示水平有限，想要去办军校，但当时刘伯承在办军校，所以毛主席还坚持让粟裕到总参谋部工作。
新中国建立初期，毛主席就认识到，为了组织复杂的高度机械化的近代的战役和战斗，必须挑选优秀的富有组织和指挥才能的指挥员，组成健全的，具有头脑作用的富有科学的组织和分工的司令机关，这个司令机关就是军委总参谋部，也是中央军委组织全国武装力量建设和实施作战计划的最高军事领导机关。
1951年11月12日，粟裕被正式任命为军委总参谋部第二副总参谋长，仍然兼任华东军区副司令员的职务。接受任命一个月后，粟裕开始到中南海居仁堂的总参谋部履职，分工负责管理训练，作战和海空军，各特种兵部队。
这时，解放军总参谋长徐向前因病长期未到岗，由第一副总参谋长聂荣臻代理总参谋长，总参谋部的人手根本不够，粟裕在战争年代有着丰富的作战经验，还经常站在全局考虑华东野战军作战行动，有着极高的战略眼光，很适合当总参谋部工作，这也是毛主席多次催促粟裕到总参谋部履职的主要原因。
1952年4月，彭德怀因病回国，当时负责统筹全军事务的其实是周总理，周总理当时不仅担任着国务院总理，还担任着军委副主席这一重要任务，天天忙得不可开交。所以此次彭德怀回国，立刻被毛主席留了下来，病愈后在国内主持军委日常工作。
彭老总回国主持军委日常工作后，中央任命志愿军第一副司令邓华为志愿军代司令员兼代政委。邓华在军中的资历其实也不低，是红一军团的一员名将，但是和陈赓，宋时轮等当时也在朝鲜的志愿军将领相比，资历就显得低很多了。
邓华在得知让自己代理志愿军司令员后，十分不安，还致电彭德怀和毛主席，请求让粟裕前往朝鲜担任司令员兼政委一职，邓华在电报中说：“目前虽无大的战斗，但工作上是有损失的，因而建议为加强志司领导，彭总不能回来时，粟裕同志来此很好。”
但是毛主席认为此时朝鲜半岛上已经没有太大的战役，志愿军和美军在三八线上边打边谈，没有必要派野战军级别的主帅出马，所以不同意让粟裕到朝鲜。之后邓华又建议让资历也比他老的陈赓担任志愿军司令员兼政委，但是被彭德怀拒绝了，彭德怀和陈赓的私交很好，但是彭德怀认为邓华在朝鲜半岛的时间更久，对美军的战术战法比较了解，所以还是坚持让邓华代理志愿军司令员兼政委。
不论是毛主席，还是彭德怀，林彪，其实都很看重邓华的才能。13兵团入朝之前，司令员是四野的另外一员悍将黄永胜，邓华是15兵团司令员，但是四野司令员林彪，还有原四野政委罗荣桓，参谋长刘亚楼都认为邓华的军事指挥才能更强，所以向毛主席建议将两个兵团的司令员调换，指挥两个兵团的司令部也都全部调换，邓华这才成为了13兵团司令员。
事实证明毛主席，彭德怀，还有林彪等人没有看错人，邓华作为一线指挥员，能够从着眼战争全局出发，正确把握谋局、开局、控局、收局等重大战略问题，去筹划战役、战斗。入朝之后，他多次指挥部队挫败美军进攻，1952年10月，邓华又成功组织指挥了上甘岭战役，狠狠地打击了美军的嚣张气焰。在抗美援朝战争后期，邓华组织部队边打边停，有效配合了停战谈判。1954年9月，虽然邓华这时已经回国，但仍被正式任命为志愿军司令员兼政委。可以说，这是毛主席、中央军委对邓华在抗美援朝战争中作为的肯定及最髙褒奖。