毛泽东问：“你们用这么多的炮打，会不会把美国人打死啊？”叶飞说：“那是打得到的。” 十多分钟后，毛泽东又又问：“能不能避免不打到美国人？”叶飞说：“避免不了。”第二天，毛泽东说：“那好，照计划打。”
在北戴河会议召开的同时，1958年8月23日下午十七时三十分，近三万发炮弹从福建前线猛轰金门国民党军阵地，震动了全世界。
1958年7月14日，在中东，伊拉克军队起义，反对亲美的国王费萨尔。第二天，美国海军陆战队在黎巴嫩首都贝鲁特附近登陆，美国同时宣布在远东的陆海空军进入戒备状态。7月17日，台湾当局宣布国民党军处于特别戒备状态，同时加紧军事演习和空中侦察。毛泽东和中共中央从7月15日到18日连续四个下午召集会议，抓住了这个有利时机，果断地作出炮击金门的决策。
金门列岛位于福建南部厦门以东，距大陆约五点五海里，分为大金门和小金门两岛，附近还有大担、二担两个小岛被蒋军困守，至1958年夏季，金、马两地的兵力已达十万之众。他们不断出动飞机深入祖国大陆内地，在云南、贵州、青海、四川等地空投特务、散发传单，甚至对福建沿海地区进行轰炸。
1958年5月，美国在台湾成立“美军联合协防军援司令部”，美台军事关系进一步升级。6月16日，毛泽东在北京中南海游泳池召开会议，讨论外交问题。他指出：“和美国接触的问题，在日内瓦会议时我也说过，可以有所接触。事实上美国也不一定愿意接触。同美国闹成僵局二十年，对我们有利。一定要美国梳妆打扮后送上门来，使他们对中国感到出乎意外。你不承认，总有一天你会承认的。一百年不承认，一百零一年你一定会承认的。”他提出，对美斗争应采取“针锋相对，以文对文，以武对武，先礼后兵”的做法。
1958年6月30日，中国政府发表声明，限定美国政府在15日内恢复中美大使级会谈，“否则，中国政府就不能不认为美国已经决心破裂中美大使级会谈。”次日，杜勒斯回应，如果中国政府同意更改会谈地点，美国政府将派它的驻波兰大使参加会谈。但是，杜勒斯还表示，美国不会向中国限定举行大使级会谈的“最后通牒”低头。
7月15日，就在中国政府为中美重开大使级会谈限定的最后期限到达之时，新中国领导人非但没有等到美国人重开谈判的答复，相反，却得到了美国出兵黎巴嫩、干涉伊拉克革命的消息。美国出兵中东虽然在一定程度上加剧了台湾海峡的紧张局势，但也在一定程度上降低了它后来对台湾局势的反应能力。据说，美国曾考虑让台湾国民党军队到中东去充当雇佣军，而蒋介石不愿出兵，此时大陆如果炮击金门，可以牵制美国和台湾当局，使美国的这一图谋破产。
7月20日，毛泽东在北京中南海游泳池召开中央政治局扩大会议，经中央军委批准，组成以叶飞为首的福州军区前线指挥所，还分别组成以福州军区空军司令员聂凤智为首的空军前线指挥所和以东海舰队副司令员彭德清为首的舰队前方指挥所。7月24日，中央军委命令组建福州军区空军司令部，由原志愿军空军司令员聂凤智担任福州军区空军司令员。
7月27日上午，毛泽东作出了暂缓金门炮击的决定，他写信给彭德怀、黄克诚：“睡不着觉，想了一下。打金门停止若干天似较适宜。目前不打，看一看形势。”“中东解决，要有时间，我们是有时间的，何必急呢？暂时不打，总有打之一日。彼方如攻漳、汕、福州、杭州，那就最妙了。这个主意，你看如何？找几个同志议一议如何？政治挂帅，反复推敲，极为有益。一鼓作气，往往想得不周，我就往往如此，有时难免失算。你意如何？如彼来攻，等几天，考虑明白，再作攻击。以上种种，是不是算得运筹帷幄之中，制敌千里之外，我战则克，较有把握呢？不打无把握之仗这个原则，必须坚持。如你同意，将此信电告叶飞，过细考虑一下，以其意见见告。”
促使毛泽东推迟炮击金门，有各种因素。其中一个因素，是赫鲁晓夫挑起的“长波电台”和“共同核潜艇舰队”的事件。毛泽东和其他中共领导人不得不分出精力，来处理中苏关系中的这一重大事件。
毛泽东在和赫鲁晓夫会谈期间，只字未提炮击金门的计划。不过，赫鲁晓夫秘密访华，引起了美国的种种猜测。8月6日，美国总统艾森豪威尔得到确切情报，中共想对沿海岛屿再次发起攻击。他很自然地把这一情况同赫鲁晓夫秘密访华联系在一起。也正在这一天，台湾当局宣布，台澎金马进入紧急备战状态。台湾海峡的紧张局势大有一触即发之势。
在这种情况下，美国决定采取“战争边缘”政策，企图用恐吓的办法迫使中国政府改变炮击金门的决心。8月8日和22日，美国国务院两次召开会议，研究台湾海峡局势，作出三项决定：一、增派航空母舰和战斗机，向台湾提供登陆艇、响尾蛇导弹、火炮和军需。这是“武”的一手。二、通过杜勒斯复函美国众议院外委会主席摩根，向中国施压。这是“文”的一手。三、授权驻台大使对美台《共同防御条约》的换文加以“澄清”，如中国大举进攻外岛，可以进行报复，但小型攻击不在其列。
然而，外交恐吓也好，“战争边缘”政策也罢，都不可能动摇毛泽东发起炮击金门的决心。8月17日至30日，毛泽东在北戴河主持召开中央政治局扩大会议。在这期间，作出炮击金门的最后决定。
8月20日下午，毛泽东在北戴河住处召集周恩来、邓小平、林彪、黄克诚、叶飞、萧劲光、陈锡联、王秉璋、王尚荣、陶勇开会，具体部署炮击金门作战。毛泽东决定，暂时不打马祖，集中火力炮击金门。当时调入福建前线参战的陆海空部队，共有四百五十九门大炮、八十多艘舰艇和二百多架飞机。一声令下，各路部队在8月21日晚全部进入阵地或指定位置。
8月21日下午十五时许，毛泽东约集彭德怀、林彪、叶飞、王尚荣等人到自己的住所，研究炮击金门的一些问题。地图是摊在地毯上的。毛泽东认真听完叶飞等人的汇报，提出这么一个问题：“你们用这么多的炮打，会不会把美国人打死啊？”那个时候，国民党军中的美国顾问一直配备到营一级。叶飞说：“那是打得到的。”毛泽东又考虑了十多分钟，没有说话。后来又问：“能不能避免不打到美国人？”叶飞说：“避免不了。”毛泽东听后，不再问其他问题，也不作指示，宣布休息。
第二天，8月22日，继续开会。毛泽东说：“那好，照计划打。”
蒋介石请求美国军舰护航。毛泽东下令：“只准打蒋舰，不准打美舰。”“如果美舰开炮，不准还炮。”我军炮声一响，美舰不但没有还击，反而掉转头就跑，大出洋相。毛泽东摸到了美国人的底，表面上气势汹汹，原来是只纸老虎，一打起来就跑。
8月23日下午十七时三十分，炮击金门作战正式开始。大规模的炮击持续了两个多小时，发射炮弹近三万发，击毙击伤国民党军中将以下官兵六百余人，两名美军顾问也在炮击中丧生。岛上的大批军用设施被摧毁，通信系统被严重破坏。第二天，又进行了炮兵和海军的联合打击，重创国民党军“中海”号大型运输舰，击沉由大型坦克登陆舰改装的“台生”号货轮。
这两次打击，对金门地区形成了严密封锁，金门岛的军需补给只相当于炮击前的百分之五点五。储存在金门地区的军需物资，只能维持三十天。国民党守军情绪低落。随后几天的炮击，巩固了“万炮轰金门”的战果，基本上实现了对金门的封锁。美国急忙调太平洋第七舰队主力和第六舰队一部前往台湾海峡。
8月23日晚，中共中央政治局常委会召开，毛泽东说：“美国人在中东烧了一把火，我们在远东烧一把火，看他怎么办。我们的要求是美军从台湾撤退，蒋军从金门、马祖撤退。你不撤我就打。台湾太远打不到，我就打金、马。这肯定会引起国际震动，不仅美国人震动，亚洲人震动，欧洲人也震动。”
8月25日下午，毛泽东在北戴河海滩游泳场的休息室召开政治局常委会。他刚游完泳，身上还穿着睡衣。他推测：“从这几天的反应看，美国人很怕我们不仅要登陆金门、马祖，而且准备解放台湾。其实，我们向金门打了几万发炮弹，是火力侦察。我们不说一定登陆金门，也不说不登陆。我们相机行事，慎之又慎，三思而行。因为登陆金门不是一件小事，而是关系重大。问题不在于那里有九万五千蒋军，这个好办，而在于美国政府的态度。打炮的主要目的不是要侦察蒋军的防御，而是侦察美国人的决心，考验美国人的决心。”
毛泽东责成中央军委起草了《对台湾和沿海蒋占岛屿军事斗争的指示》稿，9月3日经他审阅修改后下发。指出：“解放台湾和沿海蒋占岛屿虽然属于我国内政问题，但实际上已变成一种复杂严重的国际斗争，我们不要把这个斗争简单化，而要把它看作是包括军事、政治、外交、经济、宣传上的错综复杂的斗争。台湾和沿海蒋占岛屿问题的全部、彻底解决，不是短时间的事，而是一种持久的斗争，我们必须有长期的打算”。
指示对包括炮击金门在内的沿海斗争的方针作了四点规定：一、继续炮击封锁金门，但目前不宜进行登陆作战。二、炮击封锁金门的活动，必须有节奏，打打看看，看看打打。三、海军、空军不得进入公海作战。蒋机不轰炸大陆，我也不轰炸金、马；蒋军轰炸大陆，我轰炸金、马，但不轰炸台湾。四、我军不准主动攻击美军。如果美军侵入我领海、领空，我必须坚决打击。
继续开展炮击金门的斗争，遇到一个重要问题，是如何对付护航的美国军舰。在指导炮击金门的斗争中，毛泽东亲自掌握着斗争的策略和分寸。
叶飞回忆：“金门向台湾告急，蒋介石便请求美国军舰护航。这样，事情就搅复杂了。怎么样对付美国人护航呢?美国的军舰左右配置，国民党军的舰只夹在中间，而且间隔只有二海里。毛主席下令，‘只准打蒋舰，不准打美舰。’要我们避开美舰护航，等蒋舰到港口后才能开炮，还要我们每半小时向北京报告一次。这个指示可难执行了，不好掌握。我们又请示一个问题：如果护航的美舰向我们开炮怎么办?毛主席马上答复：‘如果美舰开炮，不准还炮。’我怕是电话里没有传清楚，又重复问了三遍，答复是‘不准还击’。于是，我向各炮群下达主席的命令。这个时候，蒋舰已进至港口卸货，再不打不行了。我马上请示北京，才下令开炮。我们一顿密集的炮击，一下子击沉了一艘蒋舰。我们的炮声一响，美舰不但没有还击，反而掉转头就跑，大出洋相!美舰一跑，蒋舰孤孤单单的，完全暴露在我炮火之下，向台湾告急。台湾方面问：朋友呢?蒋舰说：什么朋友不朋友，早就逃跑了。他们互相指责，骂美国人混蛋。事后我才明白，毛主席这个动作很高明。主席的意图是要摸美国人的底。美国人表面上气势汹汹，究竟敢不敢和我们打？原来美国是只纸老虎，一打起来就跑了。金门炮战，是我们与美国互相摸底的一出戏，一出很紧张很有意思的戏。”
金门炮战后，美国在台湾海峡摆出了架势，向中国施加军事压力。到9月初，共集结各种类型飞机四百三十多架，舰艇六十余艘。9月4日，中国政府发表《关于领海的声明》，宣布中国的领海宽度为十二海里。“一切外国飞机和军用船舶，未经中华人民共和国政府的许可，不得进人中国的领海和领海上空。”声明重申：“台湾和澎湖地区现在仍然被美国武力侵占，这是侵犯中华人民共和国领土完整和主权的非法行为。台湾和澎湖等地尚待收复，中华人民共和国政府有权采取一切适当的方法在适当的时候，收复这些地区，这是中国的内政，不容外国干涉。”
在中国发表声明的当天，杜勒斯发表语调强硬的声明，终于亮出了底牌。这个声明一方面重申“美国负有条约义务来帮助保卫台湾(福摩萨)不受武装进攻，国会的联合决议授权总统使用美国的武装部队来确保和保护像金门和马祖等有关阵地”，给蒋介石吃了一颗定心丸；另一方面，又向中国政府发出了和谈的信号，暗示美国并没有放弃通过中美大使级会谈解决台湾问题的希望。