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但15军防御重点的转变不是马上能够见效的。10月18日，美七师第17团和韩二师第17团，依托已占阵地，全力攻击，四十五师守备部队终因伤亡惨重，后援不济，被迫退入坑道。上甘岭表面阵地自开战以来，第一次全部失守!
19日太阳刚落山，十五军集中46门90毫米以上口径重炮和火箭炮第二零九团的全部24门十六管132毫米火箭炮，对597.9和537.7高地实施猛烈炮火准备。这是上甘岭战役开战以来15军第一次组织大规模的炮击。这次炮击极为成功，一举摧毁美韩军75%的防御工事。
炮火射击刚一延伸，45师步兵随即开始反击。战至20日凌晨，反击部队全部收复三角山和狙击兵岭。著名战斗英雄黄继光就是在反击597.9高地0号阵地时牺牲的。
20日白天，美韩军在300门重炮、几十辆坦克和大批飞机的支援下，再次对两个高地发起持续不断的攻击，45师连续作战7天，已先后投入26个步兵连队，伤亡惨重，已无力再战，只得放弃表面阵地退入坑道，除597.9高地一个山梁上的四个阵地外，其余均告失守。
20日晚15军参谋长张蕴钰赶到四十五师师部，听取作战情况报告，这才得知：45师除133团伤亡较小，还有近千人外，134团和135团总共只剩下二三百人，全师步兵伤亡超过3500人，各营机炮连分散配属到步兵连，无法统计伤亡。全师已经没有一个完整的建制营了。(如果考虑到机炮连损失及运输、救护人员的损失，45师伤亡应超过4000人。)
秦基伟知道这一情况立即在军部召开紧急作战会议，决定从军部的直属部队和机关中抽调人员补充四十五师。鉴于四十五师已无力组织反击，便改变战术，以坑道斗争与小分队反击为主要手段，消耗疲惫敌军，为主力调整部署准备大规模反击赢得时间。秦基伟呈请第三兵团为45师补充4000新兵。
据我方统计，这七天我军毙伤美韩军近7000人。这个数字肯定高估了敌军损失。美7师是在10月25日后撤整补、由韩2师换防的。据美方统计，美7师在三角山共计伤亡2200人。当然，这个数字肯定没有包括编入美军中的韩军损失。当时，美军中固定配属的南朝鲜人占战斗部队人数的五分之一到四分之一。因此，美7师中韩国人的伤亡应在500人左右。由此美7师总计伤亡应是2700人。这个数字也符合美军伤亡三分之一就要撤下整补的惯例(美7师步兵大约9500人)。韩2师在狙击兵岭的损失与美7师的损失应大体相当或略少于美军，所以，美韩军在这7天里的伤亡应不超过5000人。
