10月20日一早，美军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。
志愿军的坑道口观察哨立即呼叫炮火覆盖敌人的坦克，后方152榴弹炮群动用2000门榴弹炮，一分钟内发射了发炮弹，将目标区内的坦克全部炸翻摧毁，一百多名坦克兵没人能够逃出坦克，个别没有被炸碎的坦克，里面的坦克兵也被震死。
美军投入战斗的步兵共三个营，采取多路多波次集团冲锋，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，但在强大炮火的覆盖下，伤亡惨重，没有实质性进展。
20日，敌人再度反扑，上甘岭上表面阵地再度失守，联合国军投入了17个营，伤亡9000余人，惨到每个连不足40人。美国随军记者威尔逊报道：一个连长点名，下面答到的只有一名上士和一名列兵。
从10月14日至10月20日，短短7天时间，上甘岭这两个并不高的高地，承受了人类战争史上空前的火力攻击，战斗异常惨烈。
7天里，双方各发射了数十万发炮弹，我方虽伤亡较大，但敌人伤亡更大。
7天的拉锯战，美军先后投入9个营，南朝鲜军投入8个营，只暂时占领了两个山头的表面阵地，美第8集团军司令官范佛里特怎么也没有料到，他精心策划的“摊牌作战”遭到了志愿军当头一棒。
经过多日血战，双方都很疲惫，不约而同稍做休整，战场上出现了少有的短暂寂静。
10月21日至10月29日，为上甘岭战役的第二阶段。不甘失败的范佛里特紧急调整部署，将受到重创的美军第7师撤下战场，由南朝鲜军第2师接替，他们采用迫击炮吊射坑道口，烟熏火烧、施放毒气等手段，试图将志愿军赶出坑道或封锁在坑道内。
转入坑道的志愿军指战员们，不断给封锁坑道的南朝鲜军以打击，以突击手段出击158次，炮火全面覆盖表面阵地9次，共计歼敌5000余人，并收复8处阵地。
1952年10月30日，志愿军拉开了决定性反击的序幕，3000门火箭炮在一分钟内发射发火箭弹覆盖上甘岭表面阵地，坑道内的战士们出击，经半小时激战，全歼表面阵地守敌一个营。
11月1日，“联合国军”300余门大炮向志愿军阵地进行猛烈轰击，当日“联合国军”发射炮弹12万发，连续发动了23次营连规模的集团冲锋，我方毫不示弱，炮群发射炮弹19万发，进攻一整天后，“联合国军”伤亡2900余人，毫无收获。
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。
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