第三阶段(10月30日至11月25日)，实施决定性反击，彻底粉碎敌军进攻。10月29日开始，志愿军第15军进行两天的炮火准备，摧毁“联合国军”所占表面阵地的工事。30日夜，该军以第45师5个连、第29师2个连与坚守坑道的3个连相配合，在百余门火炮支援下,对597.9高地进行反击，夺回了表面阵地。11月1～5日，“联合国军”每日以1～6个营的兵力，对597.9高地展开猛烈攻击,一度突入阵地。志愿军第12军以第31师第91团和第93团1个营先后投入战斗,与第45师防守部队紧密配合，粉碎了“联合国军”的多次进攻。11月5日,第3兵团调整部署,以第12军副军长李德生指挥第31师及第34师2个团担任巩固597.9高地和夺回537.7高地北山的作战任务,并组成五圣山战斗指挥所，该指挥所归第15军直接指挥；第45师除炮兵、通信、后勤保障部队外，撤出战斗进行休整。11日16时25分，第31师第92团以2个连，在110余门火炮支援下，分两路发起冲击,激战至17时夺回了537.7高地北山阵地。入夜该团增强兵力，抢修工事。12～14日，打退南朝鲜军2个营至1个团兵力的多次攻击。14日夜，第93团主力加入战斗。至17日，又打退南朝鲜军1个排至1个团兵力的冲击70余次。18日，第34师第106团接替第93团加入537.7高地北山作战，激战至25日，打退南朝鲜军多次进攻。第12军加入作战后，在第15军作战胜利的基础上，巩固了597.9高地，恢复、巩固了537.7高地北山阵地。“联合国军”由于伤亡惨重，被迫停止进攻，上甘岭战役遂告结束。

 　　此役,志愿军第15、第12军打退“联合国军”营以上兵力冲击25次，营以下兵力冲击650余次，进行数十次反击，共毙伤俘敌2.5万余人，击落击伤敌机270余架,击毁击伤其大口径火炮60余门、坦克14辆,最终守住了阵地。作战中，志愿军伤亡1.15万余人。上甘岭战役,创造了现代战争史上坚守防御作战的范例,表明以坑道为骨干、支撑点式的防御体系，对抗击强大火力的突击、增强防御的稳定性有着巨大作用。此役之后，志愿军在整个正面战场完全掌握了主动权。拥有优势装备的“联合国军”在正面战场是已经是攻则不克、守则必失，完全陷入了被动挨打的窘境。
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