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。
