但是“攤牌”行動一開始就走了樣。戰前韓二師的一個參謀帶着作戰計劃投靠志願軍。而且由於白馬山戰役的需要，炮兵的支援不得不中斷，準備好的5天空襲行動也只好減爲2天了，中國軍隊嚴陣以待，並且很快就表明他們打算繼續佔據598高地——狙擊嶺一帶地形。
美7師師長，韋恩·C·史密斯少將把佔領“三角山”的任務交給了由勞埃德·R.摩西率領的第31步兵團(在第二次戰役在長津湖被全殲，團旗也被繳獲的北極熊團)。雖然原先計劃只用1個營的兵力進攻，但是摩西上校及其官員們估計敵人的反擊一定會比預計的要強烈，只用1個營的兵力去對抗敵人是不現實的，他們把佔領“三角山”右翼的任務交給了邁倫·麥克盧爾中校指揮的第1營；把佔領左翼的任務交給了羅伯特·H.紐博尼指揮的第3營，也就是說主攻力量在行動以前就增加了一倍。
10月14日四時，美軍以320門大口徑火炮、47輛坦克、50餘架飛機對十五軍30公里防禦正面開始火力準備，其中對五聖山前沿597.9和537.7高地的轟擊特別猛烈，使用了300門火炮、27輛坦克和40架飛機，火力密度高達每秒落彈六發。如此猛烈的炮火，使得在坑道中的志願軍守備部隊覺得簡直就像是乘坐着小船在波浪滔天的大海上顛簸，強烈的衝擊波激盪着坑道，不少人牙齒都磕破了舌頭、嘴脣，甚至還有一個十七歲的小戰士被活活震死!倖存者回憶起當時的情景，都不約而同以地獄來形容，其恐怖由此可見。
坑道里的守備部隊步話機在炮擊剛開始就立即呼叫千米之外的448高地營指揮所，但炮火實在太猛烈，步話機的天線剛剛架起，就被炸掉，在短短几分鐘裏，坑道里儲備的十三根天線全數被炸燬，仍無法與指揮所溝通聯繫。而電話線更是被炮火炸得不成樣子。營部電話班副班長牛保才冒着鋪天蓋地的炮火前去查線，他一路上邊躲避炮火，邊接上斷線，隨身攜帶的整整一大卷電話線用完，還差了一截!已經多處負傷的牛保纔來不及多考慮一手抓起一頭斷線，用自己的身體接通了線路，用生命換來了三分鐘的通話時間，在營指揮所的一三五團副團長王鳳書就在這寶貴的三分鐘裏向坑道部隊下達了作戰命令。
十五軍軍部設在上甘嶺以北二十多公里的道德洞，14日一天軍部只知道美韓軍對四十五師正面五聖山前沿的597.9和537.7高地、二十九師和四十四師正面的391高地、芝村南山、上佳山西北無名高地、419高地都發動了攻擊，其他具體情況一無所知，秦基偉只好命令五聖山側翼的觀察所每半小時報告一次情況，同時請求左右鄰的三十八軍和十二軍通報各自正面的情況。秦基偉認爲當面美韓軍只有美第七師和韓第二師，共兩個師的兵力，單以這兩個師的兵力是不可能同時攻擊幾個方向的，其中必然只有一個是主攻方向，其他則是牽制性的佯攻，但要立即判斷出哪個是主攻，如今根本無法做到，秦基偉回憶道：我們分析最大的可能在44師正面(平康方向)，企圖奪取西方山、鬥流峯……估計敵人重點進攻五聖山的可能性較小，因爲五聖山地勢險峻，便於我軍防守”。他傾向於敵軍會沿者平坦的大路攻擊，而不是險峻的上甘嶺。
就在各級指揮員心急如焚的時候，上甘嶺的戰鬥全面展開了!五時，美軍經過一小時炮火準備後，開始火力延伸以壓制縱深目標。同時，步兵開始衝鋒，最先與美軍接火的是九連597.9高地11號前哨陣地上的一個班，但班長使用兵力不當，一下就把全班投入了戰鬥，在美軍猛烈炮火下，很快蒙受了巨大傷亡，等打退美軍四次衝鋒後，就只剩下一個戰士了，他只好退入坑道堅持戰鬥。防守2號陣地的八連一排見11號陣地失守，排長立即組織兩個班前去反擊，力求乘敵立足未穩奪回陣地，但這兩個班在半路上就遭到了美軍炮火覆蓋射擊，只剩五個傷員被迫退回2號陣地，這樣一來，一排反擊未成，反而損失兵力大半，連防守2號陣地都很困難了，十一時許，2號陣地就因守備兵力傷亡殆盡而告失守。東南的7號陣地因此陷入孤立，隨即也被美軍佔領。只有最關鍵的9號陣地，由九連副指導員秦庚武指揮三排防守，秦庚武見美軍炮火異常猛烈，如果在陣地上一下投入兵力越多，那麼傷亡也就越多越快，所以他只在表面陣地上同時投入三個人，傷亡一個就從坑道里補充一個，打得從容不迫，9號陣地因此成爲597.9高地的中流砥柱，始終頂住了美軍的進攻。9號陣地是主峯的門戶，位置極其重要，只要9號陣地不失，那麼597.9高地就可保無憂。經一上午的激戰，美軍攻擊部隊七師三十一團的二營、三營損失均超過了70%，美軍比較忌諱部隊成建制消耗，就未敢再使用一營，將三十一團撤下去休整，換上第三十二團接着再戰，一直打到黃昏，也未能攻下597.9高地。
537.7高地上，也同時遭到了攻擊，韓軍第二師三十二團以一個營分三路發動猛攻，志願軍守備部隊一連依託被炮火嚴重摧毀的陣地英勇堅守，戰鬥之頑強被韓軍戰史稱爲史無前例，韓軍地面部隊攻擊連連被擊退， 只得呼叫美軍的航空兵火力支援，美軍出動了二十餘架B—26轟炸機投擲凝固汽油彈，陣地成爲一片火海，韓軍乘勢猛攻，最前沿的8號陣地只剩下三個傷員，無力再戰，正準備退入坑道，卻被已經衝上陣地的韓軍的一挺機槍壓制在離坑道口十餘米處，這挺機槍附近正巧是因多處負傷而昏迷的孫子明，他被槍聲驚醒，看到這情景，大吼一聲撲了過去，韓軍的機槍手猝不及防被嚇得魂飛天外，掉頭就逃，孫子明剛想把機槍掉過頭去射擊，另外一股十多個敵人已經涌了上來，他見來不及開火，一把抓起身邊的三顆手榴彈，朝着這股敵人撲去，與敵同歸於盡，他也就成爲在上甘嶺戰役中與敵人同歸於盡的三十八個勇士中的第一人!直到十二時許，經過了七個多小時的激戰，韓軍攻上了主陣地，再經過二十多分鐘慘烈無比的白刃肉搏，才佔領了陣地。至下午二時，一連僅存二十餘人，退守坑道，537.7高地除9號陣地外的其餘表面陣地都告失守。九連和一連在激烈的戰鬥中，將戰前儲備的彈藥消耗殆盡，共發射了近四十萬發子彈，投擲手榴彈、手雷近萬枚，由於長時間高強度持續射擊，武器損耗也非常驚人，總共打壞10挺蘇式轉盤機槍、62支衝鋒槍、90支步槍，佔全部武器的80%以上!
黃昏時，四十五師師長崔建功得知在白天戰鬥中失去了一半的表面陣地，立即命令一三五團團長張信元連夜組織反擊，奪回陣地。並讓二線的一三四團團長劉佔華即刻趕到師部，熟悉情況，準備參戰。
16日，美韓軍繼續猛攻不止，四十五師先後已有15個連投入戰鬥，秦基偉當即決定，四十五師改爲主攻，四十四師則改爲助攻；軍、師組織火炮向上甘嶺機動，並組成炮兵指揮所統一指揮；建立後方供應機構，加強後勤保障，除原先儲備的彈藥外，另爲一線部隊每連增加配備8000枚手榴彈，三個月的補給品儲備量，並積極組織向坑道補充彈藥、食物和飲水。
17日，戰鬥進入第四天，越來越慘烈，陣地得而復失，失而復得，一天之中幾度易手，每次易手就伴隨着天翻地覆的炮擊和天昏地暗的拼殺，陣地上屍橫遍野，鮮血染紅了高地。由於戰場地域狹窄，最多隻能展開兩個營的部隊，雙方只能採取逐次增兵的戰術，一個營一個連，甚至一個排一個班的投入作戰。這天，韓軍第二師最大的收穫是知道了志願軍在地上挖有坑道，解決了美韓軍幾天來一直困惑不解的難題：在如此猛烈的炮火下，怎麼還會有人生存下來?對此美韓軍極爲重視，特意派韓二師的中校情報參謀帶了精幹偵察人員前往覈實，這才搞清楚，志願軍果然利用坑道對付炮火轟擊。
19日，第15軍集中44門重炮和1個喀秋莎火箭炮團的兵力，掩護第134團6連，第45師偵察連，工兵連1個排進攻537.7高地。
炮火射擊剛一延伸，步兵隨即開始反擊。537.7高地地形簡單，易攻難守，反擊的三個連攻勢如潮，僅二十分鐘就奪回了全部陣地，打垮了韓國第32團第1，2營(共4個連)的防禦，按照事先規定，轉入防禦。
表面陣地的爭奪
這場激烈反擊的重頭戲是在597.9高地。已進入坑道的第134團八連(前身是八路軍第129師警衛營三連，是134團戰鬥力首屈一指的連隊)等炮火開始延伸射擊，就衝出坑道，首先攻下1號陣地，接着向3號主峯陣地衝擊，被東側一個地堡火力所阻，八連兩次組織爆破均未成功，負責掩護的機槍手賴發均人槍俱傷，他拿起一顆手雷帶傷衝去，在向地堡接近途中，又多處負傷，但他一直匍匐到距地堡兩米處，然後趴在地上稍事休息，積攢最後的體力，一躍而起，連人帶手雷撲到地堡上，一聲巨響與地堡同歸於盡!幾乎在同時，東南山樑上的8號陣地，四連一位叫歐陽代炎的副排長，雙腿被炸斷後，毅然滾入敵軍羣中，拉響手榴彈!八連奪下3號主峯陣地繼續推進，在攻擊9號陣地時被美軍主地堡密集火力阻攔，這個主地堡是以一塊巨石掏空建成的，由於角度制約，十五軍曾集中十多門火炮轟擊也未能將其摧毀，苗族戰士龍世昌帶着爆破筒衝了上去，就快要接近地堡了，一發炮彈在他身邊爆炸，左腿齊膝被炸斷，但他仍頑強地向地堡爬去，終於爬到了地堡前，將爆破筒從射擊孔中插進去，地堡中的美軍馬上又將爆破筒推出來，龍世昌再向裏推，雙方僵持着，龍世昌用胸脯死死頂住爆破筒，就在這時爆破筒爆炸了，地堡與他一起在火光中消失了，八連乘勢收復9號陣地。
從另一個方向反擊的一三五團六連，經過大半夜的血戰，攻佔了6號、5號陣地，傷亡殆盡再也無力向前推進了，二營代理參謀長張廣生率領五連二排趕來作爲二梯隊，繼續攻擊，這才奪回了4號陣地。當攻到0號陣地時，這一個加強連只剩下16人了，張廣生叫通師部，直接向師長崔建功報告，崔建功厲聲命令：“八連已佔領主峯陣地，如果你們攻不下0號陣地，天一亮敵人就會以此爲依託反撲，必須不惜一切代價拿下0號陣地!”0號陣地的美軍憑藉着由四個地堡組成的子母堡竭力抵抗，張廣生和六連連長萬福來將剩餘人員編成三個小組，實施連續攻擊，但三個小組傷亡殆盡還沒能完成任務，此時，萬福來身邊已經沒有一個戰鬥人員了，他心急如焚，跟隨張廣生的營部通訊員原來也是六連戰士的黃繼光，和六連通訊員吳三羊、肖登良一起請戰，張廣生立即將這三人編成一組，指定黃繼光爲班長，去完成爆破任務。黃繼光什麼也沒有說，帶着兩人就向前衝去，並不像後來報道中的還說什麼豪言壯語，那純粹是杜撰，因爲在軍情如火的緊急情況下，行動纔是最重要的!六連指導員馮玉慶和排長鍾仁杰用機槍掩護三人向地堡衝去，這三人果然機靈，交替掩護，很快炸掉了兩個子堡，但吳三羊犧牲，肖登良重傷，只剩黃繼光一人了，他繼續向主堡躍進，突然他也中彈倒地，仍帶傷匍匐前進，頑強爬到主堡前投出手雷，由於主堡很大，手雷只炸塌一角，裏面的人換了一個射擊孔又開始射擊，此時黃繼光已七處負傷，沒有任何武器，他爬到地堡的射擊死角，向後面招了招手，馮玉慶恍然明白他的意思，對張廣生和萬福來叫到：“黃繼光要堵槍眼!”話音未落，黃繼光一躍而起，張開雙臂用自己的胸膛堵住了主堡的射擊孔，馮玉慶端着機槍衝上陣地將槍膛中的所有子彈潑進地堡。至此，上甘嶺597.9和537.7高地全部陣地被盡數奪回。以黃繼光、賴發均、歐陽代炎和龍世昌等人爲代表的廣大忠勇將士用生命和血肉所譜寫的輝煌，也永鑄十五軍和志願軍的史冊!而十五軍剛剛恢復陣地不過一個多小時，天就亮了。
20日一早，美軍出動30架次B—26轟炸機對上甘嶺進行地毯式轟炸，300餘門重炮同時實施轟擊，40多輛坦克由於受地形限制無法實施集團突擊，乾脆抵近高地作爲固定火力點，直接支援步兵進攻。美軍投入戰鬥的步兵共三個營，採取多路多波次集團衝鋒，後三角隊形，兵力由小到大，一波接一波，在憲兵隊的督戰下，輪番衝鋒。
激烈的炮火使得整個上甘嶺都被硝煙所籠罩，相隔百米就無法看到信號槍的光亮，雙方只好都使用迫擊炮發射信號炮彈來進行聯絡。黃昏時分，志願軍部隊經連續一天一夜的激戰，傷亡巨大，後援無濟，無力再戰，只得放棄表面陣地退入坑道，除597.9高地西北山樑上的四個陣地外，其餘陣地均告失守，崔建功原先苦心安排只攻不守的王牌八連無法撤下，繼續在上甘嶺戰鬥，此時僅剩15人，在連長李寶成的率領下退入一號坑道。
當晚軍參謀長張蘊鈺趕到四十五師師部，聽取作戰情況報告，崔建功彙報部隊傷亡已超過3500人，一三四團和一三五團總共只剩下二三百人，全師已經沒有一個完整的建制營了，張蘊鈺大爲震驚，責問爲什麼不及時報告?一三四團團長張佔元表示還能組織機關和勤雜人員繼續戰鬥，張蘊鈺痛心不已。秦基偉知道這一情況立即在軍部召開緊急作戰會議，決定從軍部的直屬部隊和機關中抽調人員補充四十五師。鑑於四十五師已無力組織反擊，便改變戰術，以坑道鬥爭與小分隊反擊爲主要手段，消耗疲憊敵軍，爲主力調整部署準備大規模反擊贏得時間。
秦基偉後來回憶說：“在戰鬥開始的第一週內，我雖傷亡大，但看到敵人傷亡更大，便認爲敵人不久就要收兵。特別是當陣地被敵人佔領後，腦子發熱，想一巴掌把他打下去。所以我對崔建功師長講了那樣的話，打不下來就不要回來見我。我這句話放出去不要緊，下面腦子更熱，一股血氣上來就拼命，增大了傷亡。”戰役第一階段的7天時間內，白天敵軍進攻佔領表面陣地，我軍就夜間反擊，形成晝失夜反的局面。在7次反擊中，3次全部恢復了陣地，4次部分恢復了陣地。雖然戰果可觀，但是在反擊中我方用兵過多，第二梯隊倉促投入戰鬥，增加了很多不必要的傷亡。7天中，45師投入戰鬥的兵力達到了21個連(佔全部數量的77%還多)，各連的傷亡都超過了半數，個別連隊只剩下幾個人。這樣一來，45師也就喪失了繼續組織較大反擊的能力，只能通過第二階段的坑道鬥爭拖住敵人來贏得反擊的準備時間。發現這一問題後，在上級的及時提醒和對戰場形勢的清醒認識後，15軍改變了原有的急躁情緒，採取穩妥的辦法準備打持久戰，這才改變了初期的戰術錯誤。正如秦基偉所說的：“打了一陣，冷靜下來一想，發覺不對，敵人拉的架勢很大，不是一下就能收場的，要穩住陣腳，同敵人打持久戰。”
堅持坑道鬥爭
戰役的第二階段就是最艱難的坑道鬥爭階段，597.9高地共有三條大坑道，八條小坑道和三十多個簡易防炮洞。當時三條大坑道和五條小坑道都在守備部隊控制下，其中八連進入的一號坑道是主坑道，位於1號陣地下，是最大的坑道，呈“F"形，全長近80米，高1.5米，寬1.2米，左右還各有一個叉洞，頂部是厚達35米的石灰岩，坑道的兩個洞口都向北朝着五聖山方向。
美軍雖然佔領了表面陣地，但坑道仍在志願軍手中，坑道里的部隊隨時可以與反擊的部隊裏應外合，對於美軍而言是極大的威脅，坑道一日不除，美軍一日不得安生，因此20日以後的戰鬥就是以坑道爲爭奪焦點。
十五軍得知坑道情況後，就於21日晚派一三四團二營教導員李安德率領軍警衛連的79人和一三四團七連的17人藉着夜色的掩護潛入597.9高地一號坑道，傳達了軍師關於堅持坑道的作戰決心，併成立坑道黨支部，進行統一領導。所有一號坑道里的部隊都編入八連，由八連連長李寶成指揮。接着在坑道黨支部的領導下，對坑道進行了管理整頓，使得坑道部隊形成了一個堅強的戰鬥團體，爲戰役的勝利奠定了堅實的基礎。
經過多日血戰，雙方都已筋疲力盡，不約而同稍做休整，戰場上出現了少有的短暫寂靜。
秦基偉見四十五師傷亡較大，呈請第三兵團爲四十五師補充4000新兵。同時預見到戰役繼續發展下去，單憑四十五師是不夠的，開始考慮動用兵團的預備隊二十九師。
22日戰鬥再度打響，爭奪的焦點就是一號坑道。美軍對坑道口用無後坐力炮抵近射擊；用炸藥包爆破；向坑道里投擲手榴彈；甚至使用P—51飛機低空俯衝掃射……美軍火力又猛，坑道口又窄，眼看情況危急，李寶成立即呼叫縱深炮火支援，用炮火制止美軍對坑道口的破壞。天色一黑，坑道部隊就組織小分隊出擊，四下炸地堡、摸哨兵，搞得美軍草木皆兵，夜不得寧。尤其是二號坑道的部隊在四連指導員趙毛臣的指揮下，在堅持坑道鬥爭的十四天裏，組織了十一次夜襲，嚴重威脅着美軍。
儘管如此，坑道里的部隊情況還是日漸惡化。爲了改善坑道部隊的處境，四十五師決定於23日晚組織一三五團五連協同坑道里的八連實施反擊，力爭奪取1號、3號陣地。
23日天剛黑，火箭炮團以一個營8門火箭炮對597.9高地進行了兩次齊射。可惜由於高地面積太小，大多數炮彈都落在山下，只有十餘發命中預定目標，沒有起到預期的效果。隨後步兵發起了攻擊，八連在副連長侯有昌指揮下，衝出坑道由主峯向東北山樑進攻，五連則從東北山樑頂端的2號陣地向主峯攻擊，實施兩面對進合擊。五連自一年多前五次戰役中的樸達峯阻擊戰中因麻痹大意，對美軍夜襲毫無防範，致使廣德山陣地連同配屬的3門60毫米迫擊炮一同被美軍奪去後一直備受批評，正一心想在戰鬥中洗雪恥辱。但五連受領任務時間急迫，還來不及仔細觀察地形就投入了反擊，加上連長求戰心切，沒有組織戰場偵察，指揮部隊直撲2號陣地，結果陷入美軍的預設伏擊圈，在美軍密如暴雨般的槍彈下，全連傷亡過半，只剩下十多人生還，當然無力攻取2號陣地了。而正是因爲五連的失利，八連失去了策應，孤軍奮戰，經過九次反覆爭奪才攻下1號陣地，然後再繼續向3號主峯陣地推進，美軍則因解除了五連的側翼威脅，沒有後顧之憂乘機向1號陣地反撲，李寶成只得於24日凌晨三時下令放棄反擊退守坑道，此次反擊八連出擊的部隊僅剩下5人，在五天中第二次損失殆盡!秦基偉接到戰況報告，心情異常沉重，他意識到這次反擊不同以往順利恢復大部甚至全部陣地，失利的原因主要是因爲美軍佔領了陣地已經好幾天，不僅熟悉了地形，構築了工事，而且利用四十五師的一些工事、坑道，大大增加了反擊的困難所致。經過這次反擊，四十五師的傷亡已經超過了4000人。
從10月23日起，上甘嶺的戰鬥不僅成爲朝鮮戰場聚焦之處，新華社也開始連續兩個月集中報道，一時間上甘嶺兩個面積僅3.7平方公里高地爲朝鮮、中國甚至全世界所密切關注。由於白天抗擊美軍對坑道的破壞和夜間的主動出擊，坑道部隊平均每天有一個班的傷亡，爲此幾天來崔建功一直抽調機關人員向坑道增援補充，一個連，一個排，甚至一個班不斷派出，師團兩級機關幾乎連勤雜人員都用光了。
24日晚，秦基偉將軍的警衛連96人由連長、指導員帶領，派往597.9高地一號坑道，指導員王虜是秦基偉太行山時期的警衛員，跟隨秦基偉長達五六年，多次在戰場上冒死掩護過秦基偉。結果在通過上甘嶺山腳下的炮火封鎖區時，遭受到巨大傷亡，只有24人到達一號坑道。犧牲的人中就包括王虜，令秦基偉痛心疾首，十五軍自成立以來，大小數百戰，還從沒用上軍警衛連，初次上陣損失就這麼慘重，直到戰役結束秦基偉還痛心不已。
與韓2師的戰鬥
25日，範佛里特來到美第九軍軍部主持部署調整，將受到重創的美第七師(美軍自報該師的9個步兵營有8個營參加了這場爲期12天的戰鬥，死傷人數達2000人之多，志願軍代司令鄧華，副司令楊得志的聯名嘉獎令說15軍13晝夜殺傷敵軍8000人)撤下戰場，進攻597.9高地由丁一權的韓國第二師接替；韓第二師右翼團的防務交給韓第六師，集中兵力攻擊上甘嶺；另將韓第九師調到金化以南的史倉裏，作爲戰役預備隊。
美軍遭到重大傷亡後以韓軍來替換，立即在韓國部隊中引起軒然大波。韓國戰史中這樣記載，“美軍7師同第2師並肩作戰，進攻並佔領‘三角’高地。然而因敵頑強反擊，截止25日的12天內，先後投入9個營作戰，傷亡2000多人，戰鬥演變成持久戰，因而將美7師防線交給了韓第2師。結果，第2師單獨擔負了中部前線要地的進攻。當時軍團(注：指美軍第9軍)的這一措施立即激起輿論，給人一種只顧減少美軍傷亡的印象……第2師以不惜犧牲自己代價堅守要地的決心採取了上述對策(本文作者注：指接受美軍第7師進攻任務的部署調整)。”雖然有後面的豪言壯語，但韓國第2師內部大罵美軍讓他們當“替死鬼”的人肯定不是少數。
當晚，八連在夜襲中就發現了這一情況，隨即向團部報告。由於韓軍戰鬥力和戰鬥意志遠不及美軍，志願軍並沒把他們放在眼裏，不料韓第二師以東方人的思維和創造，對坑道的破壞比美軍更毒辣，他們用迫擊炮吊射坑道口；用毒氣彈、硫磺彈薰；用巨石塊堵洞口；用鐵絲網纏繞成團堵塞通氣口；從坑道頂部鑿眼裝藥爆破；……美軍忙了五天，一籌莫展，而韓二師才一天就將二號坑道炸塌了近30米，坑道里的四連被倒塌的土石壓死2人，壓傷6人。一號坑道的兩個洞口也被炸塌，只剩下碗口大小的透氣孔，八連傷亡了37人才將洞口重新掏開。四十五師立即將四門75毫米山炮前推，專門轟擊破壞坑道口的敵人。
敵軍的破壞還不是坑道部隊最大的威脅，缺糧斷水纔是最嚴重的，美軍對坑道部隊與後方的交通線實行嚴密炮火封鎖，使得坑道部隊糧盡水絕。火線運輸員付出幾條生命的代價送進坑道一袋壓縮餅乾，但乾燥至極的口腔和食道根本無法吞嚥，飢渴成爲最大的敵人。
在整個戰役期間，火線運輸員的傷亡率高達90%，甚至超過了坑道部隊的傷亡率，通往上甘嶺兩個高地的山路上，灑滿了火線運輸員的鮮血，大量的物資也因此損失在路上，送進坑道的微乎其微。由於飲水難以運輸，只要容器中彈就極易流失，所以主要運送的是既能解渴又能充飢的蘿蔔。
一直到第九天，也就是28日夜，運輸連指導員宋德興和兩個火線運輸員才衝過了炮火封鎖，將三袋蘿蔔和一些慰問品送進了一號坑道，那個夜晚簡直就是八連最盛大的節日。但蘿蔔上火，多吃心裏難受，所以坑道部隊建議送蘋果。於是十五軍連夜從後方緊急採購了三萬多公斤蘋果，派人送往坑道，以示對坑道部隊的關心。但美軍炮火封鎖實在太猛，大筐蘋果難以送上去，可仍沒有一筐蘋果送進坑道，最後送進一號坑道的只有一隻蘋果!於是，“一隻蘋果”的動人故事就在坑道里產生了。
坑道里最受煎熬的要數那些無法轉入高地的傷員了，坑道里連一滴酒精，一卷繃帶都沒有，傷員只好任憑傷口發炎糜爛，全靠堅強的意志和自身的體質支撐着。而且爲了不影響戰友的情緒，傷員都自覺強忍疼痛，一聲不吭，很多傷員都用嘴緊咬着牀單，有的至死嘴裏的牀單都沒法拿下來!
在整個戰役裏坑道堅持時間最長的是由丁鴻鈞任班長的一三四團五連四班，他們是參加夜間反擊來到597.9高地的，丁鴻鈞指揮有方，在兩天裏打退美軍多次進攻，斃傷敵150餘人，自己無一傷亡。因彈藥耗盡才於15日下午退守2號陣地的一個只有15米深的小坑道。他們依靠夜間從陣地收集的彈藥、兩箱餅乾和坑道里儲存的兩桶水，在坑道里堅持。他們沒有步話機，所以無法與後方聯繫，後方也因此根本不知道他們的存在，但他們仍然在這個小坑道里堅持，美軍一個連對這坑道進行了多日破壞，一籌莫展，最後只得在洞口架起三道鐵絲網，築起兩個地堡，採取圍困戰術。一直堅持到第十天，他們飢餓難耐，眼看再無法堅持下去，丁鴻鈞和班裏的四個黨員召開了黨小組會，決定由丁鴻鈞突圍出去，到一百多米外的二號坑道向上級報告他們的情況，聽取下一步行動的指示。丁鴻鈞匍匐而行，進入二號坑道，經四連指導員趙毛臣批准，撤到二號坑道。這才於27日晚在二號坑道四連部隊的策應下，突圍而出，全部轉移到了二號坑道，在二號坑道繼續戰鬥，前後共達二十個日夜，成爲坑道堅持之最。
從21日至29日，坑道部隊夜間主動出擊達158次，其中僅9次失利，其餘均獲成功，累計殲敵2000餘人，大量消耗了敵軍，並極大破壞了敵軍陣地的穩固。與此同時，縱深部隊爲支援坑道部隊，先後以二到五個連不等的兵力對537.7高地組織過七次反擊，曾三次奪回了全部陣地。在597.9高地，以兩個班到九個排的兵力組織過五次反擊，曾一度佔領主峯。這些反擊，都使坑道部隊得到了物資和人員的補充，增強了坑道的力量，爲大反擊創造了有利條件。
在十五軍的另一戰場上，西方山地區的四十四師對當面之敵發動了一系列的攻擊，從戰術上積極配合五聖山戰場。四十四師主要的攻擊目標是391高地，四十四師確實佔領並鞏固了391高地，戰鬥中共殲敵4000餘人。四十四師這一作戰，不僅有效牽制了美軍，分散了其在上甘嶺的兵力火力，有力保障了上甘嶺的勝利，而且將戰線前推十公里，大大改善了在平康谷地的防禦態勢。因此受到了志願軍總部的通令嘉獎。
反擊作戰
15軍的反擊
以10月30日夜開始的決定性大反擊爲標誌，戰役進入了恢復鞏固陣地的第三階段。
美軍佔領597.9高地表面陣地後，隨即調來了工兵營和韓軍的勞工營，日夜不停搶修工事，共修築了70多個永備火力點，部署了14門無後坐力炮和65挺重機槍，構成了完整的火力配系。韓第二師接防後，在一般情況下最多容納兩個連的高地上部署了整整四個連，還在高地南側的反斜面部署了兩個連，作爲淺縱深的反擊力量。這樣的防禦無論兵力還是火力，絕對是綽綽有餘了。
10月30日中午十二時，十五軍以133門大口徑火炮和30門120毫米重迫擊炮，向597.9高地實施猛烈的炮火準備，炮擊持續達四個多小時，日落時分才沉寂下來，韓軍惟恐志願軍乘機發動攻勢，立即爬出隱蔽部搶修被毀的工事。不料一個半小時之後，十五軍的炮火又突然開火，對高地進行了五分鐘的炮火急襲，接着開始炮火延伸，韓軍以爲志願軍攻擊迫在眉睫，急忙進入陣地準備迎戰，誰知志願軍的炮彈猛然又回落在高地上，被打了個正着，這麼幾次真假延伸射擊，高地守軍的傷亡已經過半。二十二時，火箭炮團24門火箭炮進入陣地對敵縱深炮兵陣地和二梯隊集結地區實施面積射擊，幾乎完全壓制了敵縱深炮火。這是志願軍歷史上第一次大規模的炮戰，取得了預期的效果。十五軍的步炮協同日漸完善，美軍在上甘嶺傷亡的70%是被志願軍炮火殺傷，這就是炮兵在戰役中發揮的巨大作用。
此次反擊共動用了第45師新建的8個連和第29師86團的2個連，團偵察連，共11個連的兵力，發動11波攻擊，雙方反覆爭奪。作戰結果597.9高地除東北山樑上的2、8、11號陣地仍在韓軍控制外，主峯及幾個要點陣地均已掌握在第45師手中，敵守備之韓第31團4個連，整建制覆沒。
31日韓第32團與埃塞俄比亞營重新調整兵力發動反擊，戰鬥持續了9個半小時，15軍反擊部隊創下了上甘嶺戰役中日均最高彈藥消耗量：投擲出近3萬枚手榴彈和手雷，260根爆破筒，發射30多萬發子彈，21000多發炮彈。美韓軍的炮火猛烈程度僅次於戰役第一天，韓軍攻了一整天，總共發動二十三次營連規模的集團衝鋒，徒然傷亡1500餘人，毫無所獲。十五軍似乎意猶未盡，當晚二十九師八十六團的兩個連發起反擊，將597.9高地其餘陣地全部恢復。但四十五師的傷亡也不小，守備部隊的兵力少到只能控制五個陣地。
12軍的反擊
秦基偉只得將調歸其指揮的十二軍三十一師的九十一團八連調上597.9高地，接替四十五師無力再守的七個陣地，從1952年11月1日起，十二軍的部隊開始參戰。王近山審時度勢，決定將十二軍三十一師餘下的兩個團全部配屬給十五軍。
十二軍九十一團團長李長生來到上甘嶺，他發現高地上有着多達十幾個連的建制部隊，爲避免多建制所引起的指揮混亂，他將九十一團九個連採取“車輪戰”，一個連一個連投入戰鬥，每個連不管傷亡如何，一律只打一天，就撤下來休整，連長則留下來，作爲後一個連長的顧問，如此類推往復。這樣不僅避免了指揮上的混亂，也使各連都保存了一批骨幹。
1日下午十六時，韓軍終於攻佔了10號陣地，但九十一團八連隨即就有十多個戰士跟着炮彈的彈着點衝了過來，一陣手榴彈，又把陣地奪了過去。十七時許，1號陣地上只剩下兩個傷員了，九十一團八連派出了一個三人戰鬥小組前去增援，一番苦戰，將敵人打退，可也只剩下了朱有光和王萬成兩人，剛要整修一下工事，敵軍又蜂擁而上，負傷的朱有光一躍而起，衝入敵羣拉響爆破筒。爆炸的硝煙還未散去，王萬成也抓起爆破筒撲向另一羣敵軍，——他就是日後影片《英雄兒女》中主人公王成的原型。
九十一團七連接替八連投入作戰，這天戰鬥非常激烈，七連的傷亡很大，運輸彈藥的八連炮排見形勢危急，主動加入戰鬥，但纔到了下午十五時許，七連加上八連的炮排就所剩無幾了，原定第三天參戰的九連就開始以兩個班爲單位，一批一批向上增援。
11月4日，李長生根據這幾天的戰鬥發現美軍每天的攻擊都是早上八時開始，他判斷在這之前美軍肯定是在某處集結，便派出了精幹的偵察分隊連夜前去偵察，這些偵察兵果然不負期望，凌晨四時發現美軍的攻擊部隊正在597.9高地南側的一片樹林裏集結，李長生決定先發制人，對其實施炮火急襲，四時三十分，火箭炮團24門火箭炮就按照偵察兵所報告的方位進行了齊射，美軍的攻擊部隊遭到了沉重打擊，傷亡慘重，只得重新組織兵力，這天的進攻直到中午十二時纔開始，而且攻擊強度明顯減弱。(據美國戰史，10月30日，中共部隊以3個營的兵力把598高地從韓軍的手裏奪了過去，11月3日，敵人經過一場激戰後又佔領了珍妮·羅素山。此後，中國軍隊對韓軍窮追猛打，死傷人數劇增，11月5日，美第9軍軍長詹金斯將軍中斷了對“三角山”的進攻。攻佔狙擊嶺的戰鬥持續到11月8日，這時韓軍部隊是“攤牌”以來第14次部分佔領高地。在這後半個月，來自中國軍隊的壓力減弱了，威脅韓軍的巡邏隊以及探照燈也減少了)。
十二軍三十一師全面接過597.9高地防務。九十一團幾天戰鬥只剩下一個連沒有參戰，當晚九十三團的一個營投入了戰鬥，三十一師的後續部隊也逐步進入戰鬥。當天的戰鬥韓軍以第二師三十一團主攻，三十團以一個營擔負助攻，在志願軍頑強抗擊下，徒有傷亡，下午十五時就草草結束攻擊。就在這天的激烈戰鬥中，涌現出了著名的孤膽英雄胡修道。胡修道是九十一團的一名新戰士，從拂曉起就戰鬥在597.9高地的3號陣地上，連續打退韓軍七次衝鋒後，全班只剩下胡修道和滕土生兩人了。中午開始，韓軍加強了攻擊，火力越來越猛烈，滕土生以及後來增援的另兩名戰士全部傷亡，陣地上只剩胡修道一人，而且還負了傷，但他毫不畏懼，裹傷再戰，獨自一人又英勇地擊退了韓軍多次進攻，從拂曉至黃昏，胡修道和他的戰友，先後擊退韓軍從一個排到兩個營規模總共四十一次進攻，寸土未失!其中僅胡修道一人就斃傷韓軍280餘人，創造了孤膽作戰的光輝典範。
範佛里特於下午趕到金化野戰醫院，慰問傷員，鼓舞士氣。
同日，中朝聯合司令部通令嘉獎十五軍。十五軍迅速將這一嘉獎令印發成號外，散發到每個陣地，以激勵士氣。
第三兵團鑑於十二軍參戰，上甘嶺的戰鬥已發展成戰役規模，重新調整了作戰指揮系統，以十二軍副軍長李德生爲首組成五聖山指揮所，統一指揮十五軍的二十九師、十二軍的三十一師和三十四師；由炮兵第七師師長顏伏爲首組成炮兵指揮所，統一指揮所有參戰炮兵。
11月8日，九十二團到達上甘嶺，秦基偉只給了三天的準備時間，計劃11日發動反擊。李長林向秦基偉反映，部隊剛經過長途行軍，沒有彈藥，不熟悉地形，三天的準備時間太短，反擊恐怕難以奏效。秦基偉隨即表示在537.7高地坑道的部隊已經斷糧斷水十餘天，情況異常危急，而且再拖延下去，韓軍的陣地進一步得到鞏固，反擊的困難會更大。自從10月29日的反擊，一三三團有四個連進入537.7高地，經過激戰後僅剩24人退守七號坑道，由於隨後十五軍全力集中於597.9高地，對七號坑道十一天中沒有任何支援，其中17人凍餓而死，餘下的7人於8日凌晨突圍。秦基偉獲悉後，殊爲愧疚。李長林見此，再無話可說只得克服一切困難，加緊進行反擊準備。爲確保反擊的勝利，李長林決心以九十二團最精銳的紅軍連一連的一個排於反擊之日前一晚祕密潛伏在高地下，實施中心突擊；以三營兵分兩路，對高地實施兩面夾擊，形成向心攻擊之勢。
11月14日，九十三團除一營仍在597.9高地外，二營三營全部投入537.7高地。該團前身是赫赫有名的“朱德警衛團”，抗日戰爭期間的1941年11月，爲保衛黃崖洞兵工廠與日軍激戰八晝夜，將來犯之敵擊退，因而榮獲“黃煙洞保衛戰英雄團”的稱號，也是十二軍的精銳團隊。
激戰過後，九十三團的兩個營因傷亡過大，丟失了五個陣地。當晚三營參謀長趙小山親自率領四十餘人組成的突擊隊，全力奮戰，也只奪回了三個陣地。
三十一師投入五個營又一個連，激戰七天，仍沒有保住完整的537.7高地。
三十四師之一零六團由炮兵部隊抽調的卡車運送，緊急從休整地調到上甘嶺。
該團從九十三團手中接防的537.7高地陣地，尚缺7號和8號陣地，這兩個陣地與美軍佔據的537高地主峯山勢相接，距離只有50米，防禦難度極大。而且沒有什麼軍事價值，純粹是爲了替朝鮮多爭取一些國土。李德生不願再爲這兩個陣地付出戰士的生命，特意囑咐一零六團團長武效賢，對這兩個陣地不必部署部隊，只用炮火控制。李德生還給一零六團加強了一個營，要求該團能堅持到底，不再使用其他部隊。
清晨五時，一零六團剛接防還不到三小時，韓軍第二師的進攻就開始了。韓軍此次進攻的目標是6號陣地，6號陣地是537.7高地西側的突出部，地勢又高，是西側防禦的要點，如果失守，不僅西面陣地不保，東面的1、2、3號陣地也很難守住，並且還能威脅到縱深的448高地。因此雙方對6號陣地的爭奪殊爲激烈。韓軍先是以4架飛機進行轟炸，接着又是長達近一小時的炮擊，整個537.7高地落彈兩萬餘發!在這樣猛烈的炮火下，6號陣地上唯一的一個坑道被炸塌，八連連長文法禮等二十多人全部犧牲。炮擊過後韓軍以一個連的兵力對6號陣地發起了集團衝鋒。守備部隊拼死抗擊，雙方的激戰一直到次日，即19日晚，終因部隊傷亡過大，6號陣地落入敵手。
20日四時，九連就發動了反擊，一班負責主攻6號陣地，經數小時惡戰，終於將6號陣地奪回，而一班也只剩高守餘一人了，天剛亮，韓軍的攻擊就開始了，高守餘從天亮到黃昏，用手榴彈、爆破筒獨自裹傷而戰，擊退了韓軍六次衝鋒，這中間由於韓軍密集的炮火封鎖，他得不到任何支援，一天就吃了口袋裏三顆祖國慰問團帶來的糖果，堅守住了至關重要的6號陣地。戰後，他被志願軍總部授予“孤膽英雄”的稱號。到了黃昏時分，作爲首批上高地的部隊三營經過三天激戰，已經連一個完整的排都沒有了。武效賢只好將二營調了上來，考慮到已經指揮三天戰鬥的三營長權銀剛對地形、敵情都比較熟悉，指定由他繼續指揮二營。
1952年11月25日，一零六團順利完成使命將537.7高地移交給二十九師。戰史上一般就把25日作爲上甘嶺戰役的結束之日。
