1951年4月,方国发随部队奉命入朝参战。入朝后,部队担负修建顺安军用机场的任务,白天美军派出飞机不断对施工部队进行轰炸骚扰,方国发和战友们克服重重困难,利用夜暗突击抢修,连续奋战35天,高标准完成修建顺安机场的任务。
9月29日,美军为达到开城谈判中未能达到的目的,在朝鲜临津江东发动了所谓“秋季攻势”。敌人采取“逐段进攻,逐步推进”的战法,首先在西线开始进攻,企图迫使志愿军放弃临津江左岸至铁原以西一线阵地,解除志愿军对其涟川至铁原交通干线的威胁,并从侧翼威胁开城,为夺取开城要地创造条件。
为粉碎敌人的进攻,志愿军调整了战场部署,第47军被调到正面防御第一线,140师420团奉命在天德山一线进行防守。10月6日,美军骑兵第1师全部和美第3师29团、泰国第21团及菲律宾营共约6个团的兵力,在100余辆坦克、10多个炮兵营和30余架次飞机的掩护下,向第47军南起高作洞、北至天德山30余公里的防御正面发动主攻,同时英联邦以2个团的兵力在飞机大炮的掩护下,发动辅助突击。进攻特点是先以小部队进行试探性进攻,侦察志愿军阵地的兵力位置和防御上的薄弱环节,然后进行毁灭性的炮火轰击,再以步兵伴随坦克进行多路集团式冲锋。敌人逐点攻击天德山方向的346.6、287.2和345.6高地,方国发所在的420团2营5连2排就坚守在345.6高地上。他们顽强地抗击着敌人的进攻,战斗进行得异常激烈。连续多日,他们打退敌人8次进攻,方国发1人歼敌51名,牢牢地坚守住了阵地。16日拂晓,敌人又以2个排的兵力,在4辆坦克掩护下向2排阵地冲来,方国发和副班长等敌人接近后,突然开火,又一次击退敌人进攻。战斗中,2排伤亡很大,方国发腿部受伤。敌人见阵地久攻不下,17日拂晓,又出动4架飞机对阵地实施狂轰滥炸,阵地工事全部被敌人炮火炸毁,战士无法藏身,只得利用弹坑作隐蔽,躲在弹坑中的方国发被炸起的石头砸伤了腰。敌机轰炸后,在坦克的掩护下又发起冲锋,这时阵地上弹药已经耗尽,当敌人再次冲上阵地时,方国发拿起铁镐与敌人奋力搏斗,连续砍死2个敌人,最后壮烈牺牲。
由于志愿军官兵的英勇顽强战斗,至10月8日,“联合国军”在西线的整个进攻被粉碎。第47军的防御作战受到了志愿军首长的高度评价。彭德怀司令员赞扬说:“47军打得好,打得英勇顽强,作战很积极。”为表彰方国发同志的英雄事迹,1951年11月15日,中国人民志愿军给方国发烈士追记特等功。