美7师的进攻
“摊牌”行动一开始就走了样。战前韩二师的一个参谋带着作战计划投靠志愿军。而且由于白马山战役的需要，炮兵的支援不得不中断，准备好的5天空袭行动也只好减为2天了，中国军队严阵以待，并且很快就表明他们打算继续占据598高地——狙击岭一带地形。
美7师师长，韦恩·C·史密斯少将把占领“三角山”的任务交给了由劳埃德·R．摩西率领的第31步兵团（在第二次战役在长津湖被全歼，团旗也被缴获的北极熊团）。虽然原先计划只用1个营的兵力进攻，但是摩西上校及其官员们估计敌人的反击一定会比预计的要强烈，只用1个营的兵力去对抗敌人是不现实的，他们把占领“三角山”右翼的任务交给了迈伦·麦克卢尔中校指挥的第1营；把占领左翼的任务交给了罗伯特·H．纽博尼指挥的第3营，也就是说主攻力量在行动以前就增加了一倍。
10月14日四时，美军以320门大口径火炮、47辆坦克、50余架飞机对十五军30公里防御正面开始火力准备，其中对五圣山前沿597.9和537.7高地的轰击特别猛烈，使用了300门火炮、27辆坦克和40架飞机，火力密度高达每秒落弹六发。
如此猛烈的炮火，使得在坑道中的志愿军守备部队觉得简直就像是乘坐着小船在波浪滔天的大海上颠簸，强烈的冲击波激荡着坑道，不少人牙齿都磕破了舌头、嘴唇，甚至还有一个十七岁的小战士被活活震死！幸存者回忆起当时的情景，都不约而同以地狱来形容，其恐怖由此可见。
坑道里的守备部队步话机在炮击刚开始就立即呼叫千米之外的448高地营指挥所，但炮火实在太猛烈，步话机的天线刚刚架起，就被炸掉，在短短几分钟里，坑道里储备的十三根天线全数被炸毁，仍无法与指挥所沟通联系。而电话线更是被炮火炸得不成样子。
营部电话班副班长牛保才冒着铺天盖地的炮火前去查线，他一路上边躲避炮火，边接上断线，随身携带的整整一大卷电话线用完，还差了一截！已经多处负伤的牛保才来不及多考虑一手抓起一头断线，用自己的身体接通了线路，用生命换来了三分钟的通话时间，在营指挥所的一三五团副团长王凤书就在这宝贵的三分钟里向坑道部队下达了作战命令。
十五军军部设在上甘岭以北二十多公里的道德洞，14日一天军部只知道美韩军对四十五师正面五圣山前沿的597.9和537.7高地、二十九师和四十四师正面的391高地、芝村南山、上佳山西北无名高地、419高地都发动了攻击，其他具体情况一无所知，秦基伟只好命令五圣山侧翼的观察所每半小时报告一次情况，同时请求左右邻的三十八军和十二军通报各自正面的情况。
秦基伟认为当面美韩军只有美第七师和韩第二师，共两个师的兵力，单以这两个师的兵力是不可能同时攻击几个方向的，其中必然只有一个是主攻方向，其他则是牵制性的佯攻，但要立即判断出哪个是主攻，如今根本无法做到，秦基伟回忆道：我们分析最大的可能在44师正面（平康方向），企图夺取西方山、斗流峰……估计敌人重点进攻五圣山的可能性较小，因为五圣山地势险峻，便于我军防守”。他倾向于敌军会沿着平坦的大路攻击，而不是险峻的上甘岭。
就在各级指挥员心急如焚的时候，上甘岭的战斗全面展开了！五时，美军经过一小时炮火准备后，开始火力延伸以压制纵深目标。同时，步兵开始冲锋，最先与美军接火的是九连597.9高地11号前哨阵地上的一个班，但班长使用兵力不当，一下就把全班投入了战斗，在美军猛烈炮火下，很快蒙受了巨大伤亡，等打退美军四次冲锋后，就只剩下一个战士了，他只好退入坑道坚持战斗。
防守2号阵地的八连一排见11号阵地失守，排长立即组织两个班前去反击，力求乘敌立足未稳夺回阵地，但这两个班在半路上就遭到了美军炮火覆盖射击，只剩五个伤员被迫退回2号阵地，这样一来，一排反击未成，反而损失兵力大半，连防守2号阵地都很困难了，十一时许，2号阵地就因守备兵力伤亡殆尽而告失守。
东南的7号阵地因此陷入孤立，随即也被美军占领。只有最关键的9号阵地，由九连副指导员秦庚武指挥三排防守，秦庚武见美军炮火异常猛烈，如果在阵地上一下投入兵力越多，那么伤亡也就越多越快，所以他只在表面阵地上同时投入三个人，伤亡一个就从坑道里补充一个，打得从容不迫，9号阵地因此成为597.9高地的中流砥柱，始终顶住了美军的进攻。
9号阵地是主峰的门户，位置极其重要，只要9号阵地不失，那么597.9高地就可保无忧。经一上午的激战，美军攻击部队七师三十一团的二营、三营损失均超过了70%，美军比较忌讳部队成建制消耗，就未敢再使用一营，将三十一团撤下去休整，换上第三十二团接着再战，一直打到黄昏，也未能攻下597.9高地。
537.7高地上，也同时遭到了攻击，韩军第二师三十二团以一个营分三路发动猛攻，志愿军守备部队一连依托被炮火严重摧毁的阵地英勇坚守，战斗之顽强被韩军战史称为史无前例，韩军地面部队攻击连连被击退， 只得呼叫美军的航空兵火力支援。
美军出动了二十余架B—26轰炸机投掷凝固汽油弹，阵地成为一片火海，韩军乘势猛攻，最前沿的8号阵地只剩下三个伤员，无力再战，正准备退入坑道，却被已经冲上阵地的韩军的一挺机枪压制在离坑道口十余米处，这挺机枪附近正巧是因多处负伤而昏迷的孙子明，他被枪声惊醒，看到这情景，大吼一声扑了过去，韩军的机枪手猝不及防被吓得魂飞天外，掉头就逃。
孙子明刚想把机枪掉过头去射击，另外一股十多个敌人已经涌了上来，他见来不及开火，一把抓起身边的三颗手榴弹，朝着这股敌人扑去，与敌同归于尽，他也就成为在上甘岭战役中与敌人同归于尽的三十八个勇士中的第一人！
直到十二时许，经过了七个多小时的激战，韩军攻上了主阵地，再经过二十多分钟惨烈无比的白刃肉搏，才占领了阵地。至下午二时，一连仅存二十余人，退守坑道，537.7高地除9号阵地外的其余表面阵地都告失守。九连和一连在激烈的战斗中，将战前储备的弹药消耗殆尽，共发射了近四十万发子弹，投掷手榴弹、手雷近万枚，由于长时间高强度持续射击，武器损耗也非常惊人，总共打坏10挺苏式转盘机枪、62支冲锋枪、90支步枪，占全部武器的80%以上！
黄昏时，四十五师师长崔建功得知在白天战斗中失去了一半的表面阵地，立即命令一三五团团长张信元连夜组织反击，夺回阵地。并让二线的一三四团团长刘占华即刻赶到师部，熟悉情况，准备参战。
16日，美韩军继续猛攻不止，四十五师先后已有15个连投入战斗，秦基伟当即决定，四十五师改为主攻，四十四师则改为助攻；军、师组织火炮向上甘岭机动，并组成炮兵指挥所统一指挥；建立后方供应机构，加强后勤保障，除原先储备的弹药外，另为一线部队每连增加配备8000枚手榴弹，三个月的补给品储备量，并积极组织向坑道补充弹药、食物和饮水。
17日，战斗进入第四天，越来越惨烈，阵地得而复失，失而复得，一天之中几度易手，每次易手就伴随着天翻地覆的炮击和天昏地暗的拼杀，阵地上尸横遍野，鲜血染红了高地。由于战场地域狭窄，最多只能展开两个营的部队，双方只能采取逐次增兵的战术，一个营一个连，甚至一个排一个班的投入作战。
这天，韩军第二师最大的收获是知道了志愿军在地上挖有坑道，解决了美韩军几天来一直困惑不解的难题：在如此猛烈的炮火下，怎么还会有人生存下来？对此美韩军极为重视，特意派韩二师的中校情报参谋带了精干侦察人员前往核实，这才搞清楚，志愿军果然利用坑道对付炮火轰击。
19日，第15军集中44门重炮和1个喀秋莎火箭炮团的兵力，掩护第134团6连，第45师侦察连，工兵连1个排进攻537.7高地。
炮火射击刚一延伸，步兵随即开始反击。537.7高地地形简单，易攻难守，反击的三个连攻势如潮，仅二十分钟就夺回了全部阵地，打垮了韩国第32团第1，2营（共4个连）的防御，按照事先规定，转入防御。
表面阵地的争夺
这场激烈反击的重头戏是在597.9高地。已进入坑道的第134团八连（前身是八路军第129师警卫营三连，是134团战斗力首屈一指的连队）等炮火开始延伸射击，就冲出坑道，首先攻下1号阵地，接着向3号主峰阵地冲击，被东侧一个地堡火力所阻，八连两次组织爆破均未成功，负责掩护的机枪手赖发均人枪俱伤，他拿起一颗手雷带伤冲去，在向地堡接近途中，又多处负伤，但他一直匍匐到距地堡两米处，然后趴在地上稍事休息，积攒最后的体力，一跃而起，连人带手雷扑到地堡上，一声巨响与地堡同归于尽！
几乎在同时，东南山梁上的8号阵地，四连一位叫欧阳代炎的副排长，双腿被炸断后，毅然滚入敌军群中，拉响手榴弹！八连夺下3号主峰阵地继续推进，在攻击9号阵地时被美军主地堡密集火力阻拦，这个主地堡是以一块巨石掏空建成的，由于角度制约，十五军曾集中十多门火炮轰击也未能将其摧毁。
苗族战士龙世昌带着爆破筒冲了上去，就快要接近地堡了，一发炮弹在他身边爆炸，左腿齐膝被炸断，但他仍顽强地向地堡爬去，终于爬到了地堡前，将爆破筒从射击孔中插进去，地堡中的美军马上又将爆破筒推出来，龙世昌再向里推，双方僵持着，龙世昌用胸脯死死顶住爆破筒，就在这时爆破筒爆炸了，地堡与他一起在火光中消失了，八连乘势收复9号阵地。
从另一个方向反击的一三五团六连，经过大半夜的血战，攻占了6号、5号阵地，伤亡殆尽再也无力向前推进了，二营代理参谋长张广生率领五连二排赶来作为二梯队，继续攻击，这才夺回了4号阵地。当攻到0号阵地时，这一个加强连只剩下16人了，张广生叫通师部，直接向师长崔建功报告，崔建功厉声命令：“八连已占领主峰阵地，如果你们攻不下0号阵地，天一亮敌人就会以此为依托反扑，必须不惜一切代价拿下0号阵地！”
0号阵地的美军凭借着由四个地堡组成的子母堡竭力抵抗，张广生和六连连长万福来将剩余人员编成三个小组，实施连续攻击，但三个小组伤亡殆尽还没能完成任务，此时，万福来身边已经没有一个战斗人员了，他心急如焚，跟随张广生的营部通讯员原来也是六连战士的黄继光，和六连通讯员吴三羊、肖登良一起请战，张广生立即将这三人编成一组，指定黄继光为班长，去完成爆破任务。
黄继光什么也没有说，带着两人就向前冲去，并不像后来报道中的还说什么豪言壮语，那纯粹是杜撰，因为在军情如火的紧急情况下，行动才是最重要的！六连指导员冯玉庆和排长钟仁杰用机枪掩护三人向地堡冲去，这三人果然机灵，交替掩护，很快炸掉了两个子堡，但吴三羊牺牲，肖登良重伤，只剩黄继光一人了，他继续向主堡跃进，突然他也中弹倒地，仍带伤匍匐前进，顽强爬到主堡前投出手雷。
由于主堡很大，手雷只炸塌一角，里面的人换了一个射击孔又开始射击，此时黄继光已七处负伤，没有任何武器，他爬到地堡的射击死角，向后面招了招手，冯玉庆恍然明白他的意思，对张广生和万福来叫到：“黄继光要堵枪眼！”
话音未落，黄继光一跃而起，张开双臂用自己的胸膛堵住了主堡的射击孔，冯玉庆端着机枪冲上阵地将枪膛中的所有子弹泼进地堡。至此，上甘岭597.9和537.7高地全部阵地被尽数夺回。以黄继光、赖发均、欧阳代炎和龙世昌等人为代表的广大忠勇将士用生命和血肉所谱写的辉煌，也永铸十五军和志愿军的史册！而十五军刚刚恢复阵地不过一个多小时，天就亮了。
20日一早，美军出动30架次B—26轰炸机对上甘岭进行地毯式轰炸，300余门重炮同时实施轰击，40多辆坦克由于受地形限制无法实施集团突击，干脆抵近高地作为固定火力点，直接支援步兵进攻。美军投入战斗的步兵共三个营，采取多路多波次集团冲锋，后三角队形，兵力由小到大，一波接一波，在宪兵队的督战下，轮番冲锋。
激烈的炮火使得整个上甘岭都被硝烟所笼罩，相隔百米就无法看到信号枪的光亮，双方只好都使用迫击炮发射信号炮弹来进行联络。黄昏时分，志愿军部队经连续一天一夜的激战，伤亡巨大，后援无济，无力再战，只得放弃表面阵地退入坑道，除597.9高地西北山梁上的四个阵地外，其余阵地均告失守，崔建功原先苦心安排只攻不守的王牌八连无法撤下，继续在上甘岭战斗，此时仅剩15人，在连长李宝成的率领下退入一号坑道。
当晚军参谋长张蕴钰赶到四十五师师部，听取作战情况报告，崔建功汇报部队伤亡已超过3500人，一三四团和一三五团总共只剩下二三百人，全师已经没有一个完整的建制营了，张蕴钰大为震惊，责问为什么不及时报告？一三四团团长张占元表示还能组织机关和勤杂人员继续战斗，张蕴钰痛心不已。
秦基伟知道这一情况立即在军部召开紧急作战会议，决定从军部的直属部队和机关中抽调人员补充四十五师。鉴于四十五师已无力组织反击，便改变战术，以坑道斗争与小分队反击为主要手段，消耗疲惫敌军，为主力调整部署准备大规模反击赢得时间。
秦基伟后来回忆说：“在战斗开始的第一周内，我虽伤亡大，但看到敌人伤亡更大，便认为敌人不久就要收兵。特别是当阵地被敌人占领后，脑子发热，想一巴掌把他打下去。所以我对崔建功师长讲了那样的话，打不下来就不要回来见我。我这句话放出去不要紧，下面脑子更热，一股血气上来就拼命，增大了伤亡。”战役第一阶段的7天时间内，白天敌军进攻占领表面阵地，我军就夜间反击，形成昼失夜反的局面。
在7次反击中，3次全部恢复了阵地，4次部分恢复了阵地。虽然战果可观，但是在反击中我方用兵过多，第二梯队仓促投入战斗，增加了很多不必要的伤亡。7天中，45师投入战斗的兵力达到了21个连（占全部数量的77%还多），各连的伤亡都超过了半数，个别连队只剩下几个人。这样一来，45师也就丧失了继续组织较大反击的能力，只能通过第二阶段的坑道斗争拖住敌人来赢得反击的准备时间。
发现这一问题后，在上级的及时提醒和对战场形势的清醒认识后，15军改变了原有的急躁情绪，采取稳妥的办法准备打持久战，这才改变了初期的战术错误。正如秦基伟所说的：“打了一阵，冷静下来一想，发觉不对，敌人拉的架势很大，不是一下就能收场的，要稳住阵脚，同敌人打持久战。”
坚持坑道斗争
战役的第二阶段就是最艰难的坑道斗争阶段，597.9高地共有三条大坑道，八条小坑道和三十多个简易防炮洞。当时三条大坑道和五条小坑道都在守备部队控制下，其中八连进入的一号坑道是主坑道，位于1号阵地下，是最大的坑道，呈“F"形，全长近80米，高1.5米，宽1.2米，左右还各有一个叉洞，顶部是厚达35米的石灰岩，坑道的两个洞口都向北朝着五圣山方向。
美军虽然占领了表面阵地，但坑道仍在志愿军手中，坑道里的部队随时可以与反击的部队里应外合，对于美军而言是极大的威胁，坑道一日不除，美军一日不得安生，因此20日以后的战斗就是以坑道为争夺焦点。
十五军得知坑道情况后，就于21日晚派一三四团二营教导员李安德率领军警卫连的79人和一三四团七连的17人借着夜色的掩护潜入597.9高地一号坑道，传达了军师关于坚持坑道的作战决心，并成立坑道党支部，进行统一领导。所有一号坑道里的部队都编入八连，由八连连长李宝成指挥。接着在坑道党支部的领导下，对坑道进行了管理整顿，使得坑道部队形成了一个坚强的战斗团体，为战役的胜利奠定了坚实的基础。
经过多日血战，双方都已筋疲力尽，不约而同稍做休整，战场上出现了少有的短暂寂静。
秦基伟见四十五师伤亡较大，呈请第三兵团为四十五师补充4000新兵。同时预见到战役继续发展下去，单凭四十五师是不够的，开始考虑动用兵团的预备队二十九师。
22日战斗再度打响，争夺的焦点就是一号坑道。美军对坑道口用无后坐力炮抵近射击；用炸药包爆破；向坑道里投掷手榴弹；甚至使用P—51飞机低空俯冲扫射……美军火力又猛，坑道口又窄，眼看情况危急，李宝成立即呼叫纵深炮火支援，用炮火制止美军对坑道口的破坏。天色一黑，坑道部队就组织小分队出击，四下炸地堡、摸哨兵，搞得美军草木皆兵，夜不得宁。尤其是二号坑道的部队在四连指导员赵毛臣的指挥下，在坚持坑道斗争的十四天里，组织了十一次夜袭，严重威胁着美军。
尽管如此，坑道里的部队情况还是日渐恶化。为了改善坑道部队的处境，四十五师决定于23日晚组织一三五团五连协同坑道里的八连实施反击，力争夺取1号、3号阵地。
23日天刚黑，火箭炮团以一个营8门火箭炮对597.9高地进行了两次齐射。可惜由于高地面积太小，大多数炮弹都落在山下，只有十余发命中预定目标，没有起到预期的效果。随后步兵发起了攻击，八连在副连长侯有昌指挥下，冲出坑道由主峰向东北山梁进攻，五连则从东北山梁顶端的2号阵地向主峰攻击，实施两面对进合击。
五连自一年多前五次战役中的朴达峰阻击战中因麻痹大意，对美军夜袭毫无防范，致使广德山阵地连同配属的3门60毫米迫击炮一同被美军夺去后一直备受批评，正一心想在战斗中洗雪耻辱。但五连受领任务时间急迫，还来不及仔细观察地形就投入了反击，加上连长求战心切，没有组织战场侦察，指挥部队直扑2号阵地，结果陷入美军的预设伏击圈，在美军密如暴雨般的枪弹下，全连伤亡过半，只剩下十多人生还，当然无力攻取2号阵地了。
而正是因为五连的失利，八连失去了策应，孤军奋战，经过九次反复争夺才攻下1号阵地，然后再继续向3号主峰阵地推进，美军则因解除了五连的侧翼威胁，没有后顾之忧乘机向1号阵地反扑，李宝成只得于24日凌晨三时下令放弃反击退守坑道，此次反击八连出击的部队仅剩下5人，在五天中第二次损失殆尽！
秦基伟接到战况报告，心情异常沉重，他意识到这次反击不同以往顺利恢复大部甚至全部阵地，失利的原因主要是因为美军占领了阵地已经好几天，不仅熟悉了地形，构筑了工事，而且利用四十五师的一些工事、坑道，大大增加了反击的困难所致。经过这次反击，四十五师的伤亡已经超过了4000人。
从10月23日起，上甘岭的战斗不仅成为朝鲜战场聚焦之处，新华社也开始连续两个月集中报道，一时间上甘岭两个面积仅3.7平方公里高地为朝鲜、中国甚至全世界所密切关注。由于白天抗击美军对坑道的破坏和夜间的主动出击，坑道部队平均每天有一个班的伤亡，为此几天来崔建功一直抽调机关人员向坑道增援补充，一个连，一个排，甚至一个班不断派出，师团两级机关几乎连勤杂人员都用光了。
24日晚，秦基伟将军的警卫连96人由连长、指导员带领，派往597.9高地一号坑道，指导员王虏是秦基伟太行山时期的警卫员，跟随秦基伟长达五六年，多次在战场上冒死掩护过秦基伟。结果在通过上甘岭山脚下的炮火封锁区时，遭受到巨大伤亡，只有24人到达一号坑道。牺牲的人中就包括王虏，令秦基伟痛心疾首，十五军自成立以来，大小数百战，还从没用上军警卫连，初次上阵损失就这么惨重，直到战役结束秦基伟还痛心不已。
与韩2师的战斗
25日，范佛里特来到美第九军军部主持部署调整，将受到重创的美第七师（美军自报该师的9个步兵营有8个营参加了这场为期12天的战斗，死伤人数达2000人之多，志愿军代司令邓华，副司令杨得志的联名嘉奖令说15军13昼夜杀伤敌军8000人）撤下战场，进攻597.9高地由丁一权的韩国第二师接替；韩第二师右翼团的防务交给韩第六师，集中兵力攻击上甘岭；另将韩第九师调到金化以南的史仓里，作为战役预备队。
美军遭到重大伤亡后以韩军来替换，立即在韩国部队中引起轩然大波。韩国战史中这样记载，“美军7师同第2师并肩作战，进攻并占领‘三角’高地。然而因敌顽强反击，截止25日的12天内，先后投入9个营作战，伤亡2000多人，战斗演变成持久战，因而将美7师防线交给了韩第2师。结果，第2师单独担负了中部前线要地的进攻。当时军团（注：指美军第9军）的这一措施立即激起舆论，给人一种只顾减少美军伤亡的印象……第2师以不惜牺牲自己代价坚守要地的决心采取了上述对策（本文作者注：指接受美军第7师进攻任务的部署调整）。”虽然有后面的豪言壮语，但韩国第2师内部大骂美军让他们当“替死鬼”的人肯定不是少数。
当晚，八连在夜袭中就发现了这一情况，随即向团部报告。由于韩军战斗力和战斗意志远不及美军，志愿军并没把他们放在眼里，不料韩第二师以东方人的思维和创造，对坑道的破坏比美军更毒辣，他们用迫击炮吊射坑道口；用毒气弹、硫磺弹熏；用巨石块堵洞口；用铁丝网缠绕成团堵塞通气口；从坑道顶部凿眼装药爆破；……美军忙了五天，一筹莫展，而韩二师才一天就将二号坑道炸塌了近30米，坑道里的四连被倒塌的土石压死2人，压伤6人。
一号坑道的两个洞口也被炸塌，只剩下碗口大小的透气孔，八连伤亡了37人才将洞口重新掏开。四十五师立即将四门75毫米山炮前推，专门轰击破坏坑道口的敌人。
敌军的破坏还不是坑道部队最大的威胁，缺粮断水才是最严重的，美军对坑道部队与后方的交通线实行严密炮火封锁，使得坑道部队粮尽水绝。火线运输员付出几条生命的代价送进坑道一袋压缩饼干，但干燥至极的口腔和食道根本无法吞咽，饥渴成为最大的敌人。
在整个战役期间，火线运输员的伤亡率高达90%，甚至超过了坑道部队的伤亡率，通往上甘岭两个高地的山路上，洒满了火线运输员的鲜血，大量的物资也因此损失在路上，送进坑道的微乎其微。由于饮水难以运输，只要容器中弹就极易流失，所以主要运送的是既能解渴又能充饥的萝卜。
一直到第九天，也就是28日夜，运输连指导员宋德兴和两个火线运输员才冲过了炮火封锁，将三袋萝卜和一些慰问品送进了一号坑道，那个夜晚简直就是八连最盛大的节日。但萝卜上火，多吃心里难受，所以坑道部队建议送苹果。于是十五军连夜从后方紧急采购了三万多公斤苹果，派人送往坑道，以示对坑道部队的关心。但美军炮火封锁实在太猛，大筐苹果难以送上去，没有一筐苹果送进坑道，最后送进一号坑道的只有一只苹果！于是，“一只苹果”的动人故事就在坑道里产生了。
坑道里最受煎熬的要数那些无法转入高地的伤员了，坑道里连一滴酒精，一卷绷带都没有，伤员只好任凭伤口发炎糜烂，全靠坚强的意志和自身的体质支撑着。而且为了不影响战友的情绪，伤员都自觉强忍疼痛，一声不吭，很多伤员都用嘴紧咬着床单，有的至死嘴里的床单都没法拿下来！
在整个战役里坑道坚持时间最长的是由丁鸿钧任班长的一三四团五连四班，他们是参加夜间反击来到597.9高地的，丁鸿钧指挥有方，在两天里打退美军多次进攻，毙伤敌150余人，自己无一伤亡。因弹药耗尽才于15日下午退守2号阵地的一个只有15米深的小坑道。他们依靠夜间从阵地收集的弹药、两箱饼干和坑道里储存的两桶水，在坑道里坚持。
他们没有步话机，所以无法与后方联系，后方也因此根本不知道他们的存在，但他们仍然在这个小坑道里坚持，美军一个连对这坑道进行了多日破坏，一筹莫展，最后只得在洞口架起三道铁丝网，筑起两个地堡，采取围困战术。一直坚持到第十天，他们饥饿难耐，眼看再无法坚持下去，丁鸿钧和班里的四个党员召开了党小组会，决定由丁鸿钧突围出去，到一百多米外的二号坑道向上级报告他们的情况，听取下一步行动的指示。
丁鸿钧匍匐而行，进入二号坑道，经四连指导员赵毛臣批准，撤到二号坑道。这才于27日晚在二号坑道四连部队的策应下，突围而出，全部转移到了二号坑道，在二号坑道继续战斗，前后共达二十个日夜，成为坑道坚持之最。
从21日至29日，坑道部队夜间主动出击达158次，其中仅9次失利，其余均获成功，累计歼敌2000余人，大量消耗了敌军，并极大破坏了敌军阵地的稳固。与此同时，纵深部队为支援坑道部队，先后以二到五个连不等的兵力对537.7高地组织过七次反击，曾三次夺回了全部阵地。在597.9高地，以两个班到九个排的兵力组织过五次反击，曾一度占领主峰。这些反击，都使坑道部队得到了物资和人员的补充，增强了坑道的力量，为大反击创造了有利条件。
在十五军的另一战场上，西方山地区的四十四师对当面之敌发动了一系列的攻击，从战术上积极配合五圣山战场。四十四师主要的攻击目标是391高地，四十四师确实占领并巩固了391高地，战斗中共歼敌4000余人。四十四师这一作战，不仅有效牵制了美军，分散了其在上甘岭的兵力火力，有力保障了上甘岭的胜利，而且将战线前推十公里，大大改善了在平康谷地的防御态势。因此受到了志愿军总部的通令嘉奖。
反击作战
一、15军的反击
以10月30日夜开始的决定性大反击为标志，战役进入了恢复巩固阵地的第三阶段。
美军占领597.9高地表面阵地后，随即调来了工兵营和韩军的劳工营，日夜不停抢修工事，共修筑了70多个永备火力点，部署了14门无后坐力炮和65挺重机枪，构成了完整的火力配系。韩第二师接防后，在一般情况下最多容纳两个连的高地上部署了整整四个连，还在高地南侧的反斜面部署了两个连，作为浅纵深的反击力量。这样的防御无论兵力还是火力，绝对是绰绰有余了。
10月30日中午十二时，十五军以133门大口径火炮和30门120毫米重迫击炮，向597.9高地实施猛烈的炮火准备，炮击持续达四个多小时，日落时分才沉寂下来，韩军惟恐志愿军乘机发动攻势，立即爬出隐蔽部抢修被毁的工事。不料一个半小时之后，十五军的炮火又突然开火，对高地进行了五分钟的炮火急袭，接着开始炮火延伸，韩军以为志愿军攻击迫在眉睫，急忙进入阵地准备迎战，谁知志愿军的炮弹猛然又回落在高地上，被打了个正着，这么几次真假延伸射击，高地守军的伤亡已经过半。
二十二时，火箭炮团24门火箭炮进入阵地对敌纵深炮兵阵地和二梯队集结地区实施面积射击，几乎完全压制了敌纵深炮火。这是志愿军历史上第一次大规模的炮战，取得了预期的效果。十五军的步炮协同日渐完善，美军在上甘岭伤亡的70%是被志愿军炮火杀伤，这就是炮兵在战役中发挥的巨大作用。
此次反击共动用了第45师新建的8个连和第29师86团的2个连，团侦察连，共11个连的兵力，发动11波攻击，双方反复争夺。作战结果597.9高地除东北山梁上的2、8、11号阵地仍在韩军控制外，主峰及几个要点阵地均已掌握在第45师手中，敌守备之韩第31团4个连，整建制覆没。
31日韩第32团与埃塞俄比亚营重新调整兵力发动反击，战斗持续了9个半小时，15军反击部队创下了上甘岭战役中日均最高弹药消耗量：投掷出近3万枚手榴弹和手雷，260根爆破筒，发射30多万发子弹，21000多发炮弹。美韩军的炮火猛烈程度仅次于战役第一天，韩军攻了一整天，总共发动二十三次营连规模的集团冲锋，徒然伤亡1500余人，毫无所获。十五军似乎意犹未尽，当晚二十九师八十六团的两个连发起反击，将597.9高地其余阵地全部恢复。但四十五师的伤亡也不小，守备部队的兵力少到只能控制五个阵地。
二、12军的反击
秦基伟只得将调归其指挥的十二军三十一师的九十一团八连调上597.9高地，接替四十五师无力再守的七个阵地，从1952年11月1日起，十二军的部队开始参战。王近山审时度势，决定将十二军三十一师余下的两个团全部配属给十五军。
十二军九十一团团长李长生来到上甘岭，他发现高地上有着多达十几个连的建制部队，为避免多建制所引起的指挥混乱，他将九十一团九个连采取“车轮战”，一个连一个连投入战斗，每个连不管伤亡如何，一律只打一天，就撤下来休整，连长则留下来，作为后一个连长的顾问，如此类推往复。这样不仅避免了指挥上的混乱，也使各连都保存了一批骨干。
1日下午十六时，韩军终于攻占了10号阵地，但九十一团八连随即就有十多个战士跟着炮弹的弹着点冲了过来，一阵手榴弹，又把阵地夺了过去。十七时许，1号阵地上只剩下两个伤员了，九十一团八连派出了一个三人战斗小组前去增援，一番苦战，将敌人打退，可也只剩下了朱有光和王万成两人，刚要整修一下工事，敌军又蜂拥而上，负伤的朱有光一跃而起，冲入敌群拉响爆破筒。爆炸的硝烟还未散去，王万成也抓起爆破筒扑向另一群敌军，——他就是日后影片《英雄儿女》中主人公王成的原型。
九十一团七连接替八连投入作战，这天战斗非常激烈，七连的伤亡很大，运输弹药的八连炮排见形势危急，主动加入战斗，但才到了下午十五时许，七连加上八连的炮排就所剩无几了，原定第三天参战的九连就开始以两个班为单位，一批一批向上增援。
11月4日，李长生根据这几天的战斗发现美军每天的攻击都是早上八时开始，他判断在这之前美军肯定是在某处集结，便派出了精干的侦察分队连夜前去侦察，这些侦察兵果然不负期望，凌晨四时发现美军的攻击部队正在597.9高地南侧的一片树林里集结，李长生决定先发制人，对其实施炮火急袭，四时三十分，火箭炮团24门火箭炮就按照侦察兵所报告的方位进行了齐射，美军的攻击部队遭到了沉重打击，伤亡惨重，只得重新组织兵力，这天的进攻直到中午十二时才开始，而且攻击强度明显减弱。
（据美国战史，10月30日，中共部队以3个营的兵力把598高地从韩军的手里夺了过去，11月3日，敌人经过一场激战后又占领了珍妮·罗素山。此后，中国军队对韩军穷追猛打，死伤人数剧增，11月5日，美第9军军长詹金斯将军中断了对“三角山”的进攻。攻占狙击岭的战斗持续到11月8日，这时韩军部队是“摊牌”以来第14次部分占领高地。在这后半个月，来自中国军队的压力减弱了，威胁韩军的巡逻队以及探照灯也减少了）。
十二军三十一师全面接过597.9高地防务。九十一团几天战斗只剩下一个连没有参战，当晚九十三团的一个营投入了战斗，三十一师的后续部队也逐步进入战斗。当天的战斗韩军以第二师三十一团主攻，三十团以一个营担负助攻，在志愿军顽强抗击下，徒有伤亡，下午十五时就草草结束攻击。
就在这天的激烈战斗中，涌现出了著名的孤胆英雄胡修道。胡修道是九十一团的一名新战士，从拂晓起就战斗在597.9高地的3号阵地上，连续打退韩军七次冲锋后，全班只剩下胡修道和滕土生两人了。
中午开始，韩军加强了攻击，火力越来越猛烈，滕土生以及后来增援的另两名战士全部伤亡，阵地上只剩胡修道一人，而且还负了伤，但他毫不畏惧，裹伤再战，独自一人又英勇地击退了韩军多次进攻，从拂晓至黄昏，胡修道和他的战友，先后击退韩军从一个排到两个营规模总共四十一次进攻，寸土未失！其中仅胡修道一人就毙伤韩军280余人，创造了孤胆作战的光辉典范。
范佛里特于下午赶到金化野战医院，慰问伤员，鼓舞士气。
同日，中朝联合司令部通令嘉奖十五军。十五军迅速将这一嘉奖令印发成号外，散发到每个阵地，以激励士气。
第三兵团鉴于十二军参战，上甘岭的战斗已发展成战役规模，重新调整了作战指挥系统，以十二军副军长李德生为首组成五圣山指挥所，统一指挥十五军的二十九师、十二军的三十一师和三十四师；由炮兵第七师师长颜伏为首组成炮兵指挥所，统一指挥所有参战炮兵。
11月8日，九十二团到达上甘岭，秦基伟只给了三天的准备时间，计划11日发动反击。李长林向秦基伟反映，部队刚经过长途行军，没有弹药，不熟悉地形，三天的准备时间太短，反击恐怕难以奏效。秦基伟随即表示在537.7高地坑道的部队已经断粮断水十余天，情况异常危急，而且再拖延下去，韩军的阵地进一步得到巩固，反击的困难会更大。
自从10月29日的反击，一三三团有四个连进入537.7高地，经过激战后仅剩24人退守七号坑道，由于随后十五军全力集中于597.9高地，对七号坑道十一天中没有任何支援，其中17人冻饿而死，余下的7人于8日凌晨突围。秦基伟获悉后，殊为愧疚。
李长林见此，再无话可说只得克服一切困难，加紧进行反击准备。为确保反击的胜利，李长林决心以九十二团最精锐的红军连一连的一个排于反击之日前一晚秘密潜伏在高地下，实施中心突击；以三营兵分两路，对高地实施两面夹击，形成向心攻击之势。
11月14日，九十三团除一营仍在597.9高地外，二营三营全部投入537.7高地。该团前身是赫赫有名的“朱德警卫团”，抗日战争期间的1941年11月，为保卫黄崖洞兵工厂与日军激战八昼夜，将来犯之敌击退，因而荣获“黄烟洞保卫战英雄团”的称号，也是十二军的精锐团队。
激战过后，九十三团的两个营因伤亡过大，丢失了五个阵地。当晚三营参谋长赵小山亲自率领四十余人组成的突击队，全力奋战，也只夺回了三个阵地。
三十一师投入五个营又一个连，激战七天，仍没有保住完整的537.7高地。
三十四师之一零六团由炮兵部队抽调的卡车运送，紧急从休整地调到上甘岭。
该团从九十三团手中接防的537.7高地阵地，尚缺7号和8号阵地，这两个阵地与美军占据的537高地主峰山势相接，距离只有50米，防御难度极大。而且没有什么军事价值，纯粹是为了替朝鲜多争取一些国土。李德生不愿再为这两个阵地付出战士的生命，特意嘱咐一零六团团长武效贤，对这两个阵地不必部署部队，只用炮火控制。李德生还给一零六团加强了一个营，要求该团能坚持到底，不再使用其他部队。
清晨五时，一零六团刚接防还不到三小时，韩军第二师的进攻就开始了。韩军此次进攻的目标是6号阵地，6号阵地是537.7高地西侧的突出部，地势又高，是西侧防御的要点，如果失守，不仅西面阵地不保，东面的1、2、3号阵地也很难守住，并且还能威胁到纵深的448高地。因此双方对6号阵地的争夺殊为激烈。韩军先是以4架飞机进行轰炸，接着又是长达近一小时的炮击，整个537.7高地落弹两万余发！
在这样猛烈的炮火下，6号阵地上唯一的一个坑道被炸塌，八连连长文法礼等二十多人全部牺牲。炮击过后韩军以一个连的兵力对6号阵地发起了集团冲锋。守备部队拼死抗击，双方的激战一直到次日，即19日晚，终因部队伤亡过大，6号阵地落入敌手。
20日四时，九连就发动了反击，一班负责主攻6号阵地，经数小时恶战，终于将6号阵地夺回，而一班也只剩高守余一人了，天刚亮，韩军的攻击就开始了，高守余从天亮到黄昏，用手榴弹、爆破筒独自裹伤而战，击退了韩军六次冲锋，这中间由于韩军密集的炮火封锁，他得不到任何支援，一天就吃了口袋里三颗祖国慰问团带来的糖果，坚守住了至关重要的6号阵地。
战后，他被志愿军总部授予“孤胆英雄”的称号。到了黄昏时分，作为首批上高地的部队三营经过三天激战，已经连一个完整的排都没有了。武效贤只好将二营调了上来，考虑到已经指挥三天战斗的三营长权银刚对地形、敌情都比较熟悉，指定由他继续指挥二营。
1952年11月25日，一零六团顺利完成使命将537.7高地移交给二十九师。战史上一般就把25日作为上甘岭战役的结束之日。
