在这之前的10月30日，秦基伟为了给十二军大反击创造条件，组织十五军四十五师5个连、二十九师两个连在坑道部队的配合下，向597.9高地实施了决定性的反击，到31日夜，除一个班阵地外，597.9高地基本收复。

大反击的任务是夺回537.7高地北山的阵地，同时巩固好597.9高地的表面阵地。秦基伟和李德生共同制定了反击方案:十二军三十一师九十三团和九十一团一部巩固597.9高地，以九十二团全部兵力恢复537.7高地北山；十五军的二十九师八十六团、八十七团除以部分兵力配合三十一师防守597.9高地、反击537.7高地北山外，其主力则部署于五圣山、忠贤山一带阵地，并把原来配属的7个炮兵群合并成4个，以加强炮火的使用。

11月11日15时45分，我军的榴弹炮、火箭炮、迫击炮、山炮、野炮，以排山倒海之势向敌军倾泻。秦基伟指示炮兵要巧妙地运用火炮的威力:15时45分炮火进行第一次急袭后，停歇5分钟，再急袭5分钟，然后假意发出步兵攻击信号，但并不冲锋，把敌人引诱到前沿工事后，才使用火箭炮覆盖，几十门榴弹炮也一起轰击。这几次急射，1万多发炮弹铺天盖地落到敌人阵地，537.7高地北山一片火海，地堡飞上了天，铁丝网被炸断，敌人的尸首四处飞扬。

接着，秦基伟命令十五军二十九师八十七团向448东北无名高地佯攻；命令十二军三十一师九十三团攻击上甘岭以北无名高地，从两侧威胁537.7高地北山的敌人。最后，他命令十二军三十一师九十二团的两个连，分两路发起冲击。经过35分钟激战，夺回了537.7高地北山阵地，全歼了守敌。九十三团以一部兵力收复了597.9高地的最后一个班阵地。至此，上甘岭的两个高地全部被我军收复。

“联合国军”被赶出上甘岭两个高地表面阵地的消息被美联社透露后，汉城、东京、华盛顿军界、政界大为震惊。“联合国军”总司令克拉克狗急跳墙，组织“联合国军”疯狂反扑。

敌人集中空前优势的炮兵、飞机、坦克，配合步兵展开了“波状进攻”:一个连上去，再上一个连，一个营上去，再上一个营，轮番冲锋，昼夜不断，但上甘岭我军阵地岿然不动。

11月16日，美联社悲哀地宣布:“到此为止，联军在三角形山(上甘岭)是打败了。”但克拉克不甘失败，又组织了无数次的反扑，都以失败而告终。我军在大反击阶段共杀伤敌人2900余人。

11月25日，“联合国军”已无力再发动进攻，其“金化攻势”被我军彻底粉碎。

11月26日，十五军司令部发布上甘岭战役战绩公报:“在43天的战斗中，我打退敌排以上进攻900余次，与敌进行大规模争夺战29次，以11529人的伤亡代价，毙、伤、俘敌25498人，击落击伤敌机300架，击毁敌坦克40辆，大口径炮61门，使敌所谓‘一年来最大的攻势’，以彻底失败而告终。”

消息传到华盛顿，美国反战情绪沸腾了。杜鲁门总统本想利用上甘岭战役捞取政治资本，却事与愿违，让上甘岭战役敲响了他政治生涯的丧钟。克拉克哀叹:铁三角的猛烈战争，在竞选总统高潮时变成了头条新闻，它使韩战变成了美国历史上最不得民心的战争。板门店谈判桌上，美国人从叫喊“让枪炮说话”又回到了“叫人说话”上。上甘岭成了“联合国军”的“伤心岭”。

消息传到北京，全国人民沸腾了。12月16日，毛泽东发表论朝鲜战争局势及其特点的讲话，高度评价了上甘岭战役。12月18日，《人民日报》发表了《庆祝上甘岭前线我军的伟大胜利》的社论，把庆祝上甘岭胜利的活动推向了高潮。

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