江西志愿军部队攻击京下里及飞机场时，亦被美军坦克火力所阻，几次破击坦克未成，弹药、炸药耗尽。友邻27军因有攻击新兴里之敌的任务，无法继续配合作战。拂晓时分，志愿军第58师奉命撤出战斗，扼守原有阵地。
在58师和60师分别在下碣隅里和古土里打响时，志愿军第59师也在28日拂晓攻占了死鹰岭、西兴里地区，切断了柳潭里与下碣隅里之间联系，坚决阻美军增援和突围。战至12月3日，柳潭里、困水里突围之美军在下碣隅里之美军的接应下，猛攻志愿军死鹰岭阵地。
当日15时，志愿军阻击部队弹药耗尽，冻饿伤亡很大，阵地被美军突破，美军一部侥幸夺路东逃，与下碣隅里之敌会合。
集结在下碣隅里的美军越来越多，近万人，单靠志愿军20军58师已无法攻歼。志愿军第9兵团总部命令58师将任务交给即将赶来参战的第26军，与60师一起进至古土里、黄草岭地区，用5至7天时间，阻敌南逃北援，守住最后一道闸门。这时，从下碣隅里东北的新兴里战场，传来了友邻27军歼灭美步兵第7师31团的重大胜利的消息。
新兴里位于丰流里江入长津湖湖口南岸，南高北低，东西狭长。村北地势平坦且有窄轨铁路和公路，村西滨湖，地形狭窄，不便于大部队展开。村南主峰、1221高地、1239高地三座山峰呈三足鼎立之势，为新兴里到下碣隅里公路之咽喉。
侵入这一地区的是美军步兵第7师先头部队第31团团部和第3营、第32团1营和配属的师第57野战炮兵营及31团重迫击炮连和坦克连，统归第31团团长麦克莱恩上校指挥，担负在长津湖东岸的进攻任务。
美军第31团历史悠久，第一次世界大战中因入侵俄国西伯利亚战功显赫而荣获“北极熊团”称号。战斗打响时，美军大致部署为：32团1营前伸至新兴里西北5公里之内洞峙，31团团部在新兴里以南约6公里的后浦，31团第3营和57野战炮兵营刚刚到达新兴里，正准备宿营过夜，警戒疏忽，配置缝隙大，极利志愿军割裂合围歼灭。
11月27日子夜，按照志愿军第9兵团和27军的命令，第80师配属81师242团，在27军副军长兼80师师长詹大南统一指挥下，突然向新兴里地区之美军发起了进攻。
经过一夜激战，志愿军238团攻占了新兴里以北、以东一线高地；239团攻占新兴里以南1455和1100高地，并曾一度攻入新兴里村内；志愿军240团夺取了内洞峙东北、正北和西北一线高地；志愿军242团攻占新兴里以南的1221高地、高峰和新岱里，完成了对新兴里及内洞峙地区美军的合围。
在战斗中，志愿军239团2营4连冲杀在前，以果敢动作在1200高地歼灭睡在帐篷内之美军1个排，而后乘敌不备，迅速冲入美31团第3营营部，将其捣毁。拂晓前夕，该连又突袭美军57炮兵营a连火炮阵地，缴获了4门105毫米榴弹炮，出色完成了穿插敌纵深的任务。
28日天亮时，新兴里周围的高地，几乎全被志愿军所控制，虽未能按预期计划全歼敌人，但已将美军合围压缩在新兴里、内洞峙之狭小地域内，陷美军于不利态势。
当日6时，被打散的长津湖美军集结起来向分散的志愿军开始反击，而志愿军80师由于指挥上存有麻痹轻敌思想，未能认真查明美军实情，乘美军混乱之际发展战果，误认为新兴里美军已基本被歼，准备天明清扫战场，致遭美军反冲击后退出村落。
7时10分，由后浦来援之美军以12辆坦克进至1221高地东南公路，被志愿军242团3营拦阻，战至16时，美军坦克被志愿军龙虎装甲军步兵防坦克歼击小组以炸药击毁4辆，余者窜回，美军解围企图未逞。
美31团团长麦克莱恩也率指挥所进入内洞峙与美32团1营会合。经一昼夜战斗，志愿军80师步兵伤亡减员达1/3，该部队除吃干粮与吞雪外，均未得热饭热水，弹药仅补充到少许子弹和手榴弹。
1950年11月28日晚，志愿军27军命令80师继续对新兴里、内洞峙之美军攻击，志愿军238团和239团苦战一夜，曾数度多路突入村内，但因缺乏有效通信手段，各自为战，且受美军步兵火力和自行高射炮及四联高射机枪等重火力狂扫，又付出重大代价。
29日拂晓，27军首长见不能全歼此部美军，遂令停止攻击。志愿军240团进攻内洞峙也进展不大，但在29日凌晨4时，美32团1营残部惧怕被歼，丢弃榴弹炮4门和300具尸体，突破240团3营阵地，逃向新兴里。途中，美31团团长麦克莱恩被志愿军击毙。5时，志愿军240团占领内洞峙及其东南阵地。
新兴里战斗打了两天两夜，仍无进展，志愿军80师步兵伤亡及冻伤减员总数已逾2/3，损失最重的239团合并建制，只能编成3个步兵连，238团也缩减合并为6个步兵连，240团情况稍好。
根据美军战俘供叙，志愿军第9兵团终于查明该地区美军兵力约4个营，超过战前估计。志愿军首长决心调81师会同80师共5个步兵团，坚决消灭新兴里之敌，并由81师师长统一指挥。
11月29日、30日两天，长津湖志愿军各团加紧准备工作，而新兴里之美军虽得到大批空投弹药和物资，但志愿军接连打退由泗水里、后浦之美军数次增援，致使新兴里美军渐趋绝望。
30日晚，经15分钟炮火急袭，长津湖志愿军攻击各团于23时再次发起冲击。至12月1日拂晓前，先后突破美军前沿，并占领几处房屋。但在美军阵地内，仍遭凶猛强大火力拦阻杀伤，无甚进展，尤其志愿军241团2、3营沿窄轨铁路两侧以密集纵长的队形向美军冲击，被美军自行高炮横扫，一夜中3个步兵连失去战斗力。
天明后，美军被压缩于更狭小的地域。志愿军27军首长下定决心，白天也要打，不消灭美军“北极熊”誓不罢手！
翌日，新兴里之美军经志愿军连续围攻，伤亡惨重，外援无望，即将被歼，乃于11时在飞机40余架次掩护下向志愿军241团阵地猛烈突围，241团未能堵住敌人，阵地被美军突破。
一直在1221高地及公路以东一线担负阻援任务的志愿军242团3营见状，立即展开火力向突围之美军密集队形猛烈射击，阻止南窜。
志愿军242团2营及80师各团，分别依托公路东之有利地形，向美军侧方、后尾和正面猛烈冲击，将美军大部歼灭于新兴里地域。
令人无比痛惜的是，长津湖志愿军242团5连奉命在美军撤退途中设伏。当战斗打响后，却无人站起来冲锋。已经展开战斗队形的整整一个连的干部战士，全部冻死在简易的掩体中。这些顽强的薄袄士兵在连续几个昼夜零下30的严寒中，没有一点热食进口，依旧静静地埋伏在冰冷的雪地里。
新兴里美军一部约200余人拼死突破志愿军1221高地，沿长津湖边南逃。美军另一部约400余人则沿公路西窜，被志愿军242团1营截住全歼于后浦以北洼地。至12月2日4时，新兴里战斗乃告结束。志愿军239团3营在打扫战场时，将美军第31团“北极熊”团旗缴获。
1950年12月1日，东线美军全线后撤的迹象已十分明显，志愿军第9兵团决心全力以赴，组织一切力量，围追堵截，攻击长津湖地区之美军。
2日14时，志愿军第9兵团命令预备队第26军迅速南下接替20军对下碣隅里的攻击，得手后再南下直取咸兴。
志愿军第26军留第78师于厚昌江口以东地区保证作战侧后安全外，率领第76师、77师、88师由中江镇南下，直指下碣隅里。当时，由于部队距离攻击出发位置均在100—150里之外，道路通行状况差，加之天降大雪，气候寒冷，除第76师在4日拂晓前到达指定位置并接替20军58师防务外，77师和88师迟至6日才赶到。
1950年12月3日，在下碣隅里收拢的美军已超过1万人，另有英国第41特遣队125人和少量南朝鲜警察。而周围则有志愿军的10个师，并已炸毁了从下碣隅里到古土里公路上的所有桥梁。
为了突出重围撤至海边，美军c-47运输机利用下碣隅里的简易机场，抓紧时间空运伤员，从12月1日至6日，共运走伤员4468人，同时运来大批弹药、燃料、食品等补给和500多名伤愈归队的陆战1师官兵，加上以前在下碣隅里储存的物资，已基本可以保证撤退之需要。
12月5日晚，美陆战1师师长史密斯对部队进行了整编，组成陆战5团战斗群和陆战7团战斗群，准备在大量航空兵的火力支援下向古土里突围撤退。
美军十分清楚东山对后撤的意义，新一轮的争夺又开始了。12月6日清晨，美陆战5团向东山发起攻击，4个多小时的狂轰滥炸，14时美军终于夺取了东山。
随后美军的突围开始了，但一出下碣隅里就遭到志愿军的火力阻拦。日落时分美军仅仅前进了7公里。
天刚黑，志愿军26军就开始向东山反击，但在美军以坦克、迫击炮等重火器形成的绵密火力网前，首次反击没有得手。26军迅速调整部署，于7日凌晨2时，全线发起了更猛烈的总攻，不仅是对东山，而且对下碣隅里四面同时猛攻！
公路上正在南撤的美陆战7团在26军的竭力阻击下，几乎是停滞不前。该团一路走一路打，甚至还与志愿军展开过白刃格斗，这在美军中是很少见的，直到12月7日清晨5时，下碣隅里突围的美军先头部队才进入古土里，这段18公里的路程美军竟花了23个小时。
当日10时，在下碣隅里殿后的美陆战5团与工兵小队进行破坏爆炸后，也撤向古土里，志愿军26军88师阵地遭美军突破，志愿军77师虽发现美军已南逃，但未能组织出击，而76师因部队距离太远，出击也较迟，致使美陆战5团得以从容逃逸。
12月8日晨，美陆战1师放弃古土里，继续南逃，同时命令在古土里以南11公里处的真兴里守军——最精锐的陆战1团1营北上接应。该营建制完整，战斗力非常强，与志愿军在黄草岭1081高地阻击的20军60师180团展开激战。
8日夜间，气温急剧下降到零下40度。
9日天亮，当美军士兵呐喊着冲上阵地时，发现坚守1081高地的志愿军180团1营2连因为昨夜的严寒全部冻僵在阵地上牺牲。陆战1师撤退途中，利用空投的架桥钢梁和木制构件，修复了被志愿军炸毁三次的水门桥，顺利摆脱了最后的险境，经真兴里、五老里撤向兴南港。
长津湖全部冻僵牺牲的志愿军180团1营2连就是著名的中国志愿军‘冰雕连’，侥幸逃出的长津湖美军士兵猛路过志愿军‘冰雕连’阵地时，无不脱帽敬礼，金发碧眼的他们明白美军若不是武器装备火力领先中国志愿军几个档次，若不是美军的后勤体系保障充足，长津湖美军是逃脱不出志愿军的手掌心。
长津湖志愿军三次炸毁美军撤退的必经之路水门桥，逃亡的长津湖美军竟然三次及时修复，第三次修复所使用的钢梁竟然直接从日本本土8小时空运过来的，身处长津湖战场前线的一碗饭瞠目结舌感叹：“美国的工业实力真是无可匹敌呀！”
美军惊讶中国志愿军的精神意志。
中国志愿军惊讶美国的工业实力。
为完成志愿军第 9兵团总部赋予的作战任务，志愿军26军决心继续追击，围歼古土里南逃之敌，急调后方的78师主力并指挥第88师264团执行追歼任务，其余部队休整两天后跟进。
11日晚至12日拂晓，志愿军78师抵达真兴里，13日抵达金星洞、龙岩一线。当夜该师224团向池唐180高地守敌攻击，进展顺利，美军混乱撤退。
12月17日，志愿军27军尾敌追击进占咸兴，19日又进占连浦，兵锋直逼兴南。美军在兴南港外以海空火力严密封锁，志愿军追击部队连续作战，伤亡巨大，疲惫不堪，无力突破。
12月24日14时，最后一艘美国军舰撤离朝鲜北部兴南港。
1950年12月25日拂晓，志愿军27军进入兴南港，长津湖战役至此结束。