战斗打响前，第9兵团士兵少则两天，多则九天没有吃上一顿热饭了，有的部队只好将行军的马匹宰杀吃掉。没有热水，只好靠喝融化的冰雪水，甚至吃雪解渴。
起初美军行进速度慢，也非常小心，但当传来先锋部队步兵第7师的一支部队已经到达鸭绿江边的惠山镇并升起星条旗的消息，他们放心了，利用空投补充的防寒装备，大踏步地向北推进。
11月27日，长津湖一带普降大雪，气温降到零下40多摄氏度。黄昏时分，狼林山脉的山林中忽然传来令人震惊的军号声和呐喊声，志愿军第20军、第27军的8个师，在宋时轮、陶勇指挥下，向美第10军发起了猛攻。
东线战斗打响了。
两支王牌军在冰天雪地中，展开了人类历史上罕见的惨烈交锋。
当冲锋号吹响时，在冰天雪地里已经隐蔽守候了六天的志愿军将士，尽管很多已经被冻饿得快神志不清了，但他们还是从雪地里爬起，向公路上的美军发起了猛烈攻击。
很多志愿军士兵一瘸一拐地拖着被冻得近乎坏死的腿脚发起冲锋；还有一些士兵因为卧倒时间太长，已经冻得不能行动，只能打枪投弹；也有少量的已经冻死在阵地上，再也起不来了。
虽然被打了个措手不及，但被钢铁武装起来的美陆战第1师毕竟是美军王牌师，美步兵第7师也不是吃素的，他们很快在惊慌失措中冷静下来，并迅速采取保存实力的“乌龟壳”战法。
在被分割、各自为战的情况下，联合国军迅速按照史密斯师长的命令，将部队收拢到几处相对空阔的地方，用几百辆坦克在被围地点构筑环形防御圈，兵士在内，炮口对外，利用多层火力网向进攻而来的志愿军部队猛烈射击。
利用夜色和风雪掩护，志愿军隐蔽地接近公路上的美军阵地，并多次成功突入美军阵地，投出成片的手榴弹，发动猛烈冲击。
这时，中国军人武器装备的弱点显露出来了。由于重型火炮太少，仅有的少量轻便火炮与手榴弹根本无法攻破由坦克围起来的美军钢铁阵地。甚至，志愿军携带的少量迫击炮，由于炮管受冻收缩，百分之七十的炮弹放不进去，轻机枪必须时常拨动枪机撞针才能保证正常射击。
在如潮的攻击面前，美王牌军的陆战第1师临危不乱，很快就组织起来，并不断地向四周发射照明弹，将战场照得如同白昼。
他们组织了两道密集防护火网：用步枪、机枪、冲锋枪构成密集的近防火力圈，阻挡志愿军浪潮般的进攻；用大口径机枪和迫击炮配合坦克，拦截远处而来的志愿军。
整整一个夜晚，10多个小时，美军的大炮、机枪不间断地向四周射击，天快亮时，武器已经用到极限，携带的弹药快要用完。而志愿军仍然攻势不减，一波又一波，一浪高过一浪，似乎永不间断、永不停止。
“只要美军火力稍弱，四处就响起冲锋号和哨声、喇叭声，又冒出凶猛进攻的中国人和横飞的手榴弹。”
这个夜晚，整个狼林山脉火光闪烁，到处都是枪炮声、呐喊声、军号声。
一夜交手，战斗能力极强的美军真正领教了志愿军的战斗素养。他们发现，志愿军不但不怕死，而且机动灵活、战术多变。他们充分利用地形，找准一切空当，摸爬滚打，真真假假，发起不间歇的进攻。
据美军上尉斯比尔叙述，大炮坦克激烈轰炸后，“当我们的步兵向前冲锋夺取敌阵地的时候，却遭到密集的机关枪与手榴弹的回击，我们真不明白敌人那边是怎么回事”。
战至28日凌晨，火力极弱的第20军和第27军没能歼灭“乌龟壳”里的美军，只是将一字长蛇阵行进的美军切成了四段，分割包围于柳潭里、新兴里、下碣隅里等地。
打了一夜，美军指挥官开始意识到他们这次真正遇上了“极其强硬的对手”，这个对手精神一点也不比日本人差，他们的战术比日本人还要可怕。
自以为天下第一，崇尚进攻的美军终于明白，进攻到鸭绿江看来是不靠谱了，战胜中国人更是
白天，成了美军的天下。美军用坦克大炮开路，用火力设法打通被分割包围的各部阵地。此时，陆战第1师这支王牌军的狼性充分显现出来，他们精神抖擞，充分利用飞机和地面炮火的协同，铺天盖地地对着志愿军阵地进行狂轰滥炸，凝固汽油弹、高爆炸弹响成一片。
再看志愿军的阵地，浓烟滚滚，积雪被烤干，掩体被轰塌，很多士兵被炸死炸伤。
在柳潭里，美陆战第1师的两个团，冒着严寒和漫天大雪连续五次凶猛冲击挡住其道路的第27军第79师的1282和1240高地，燃烧弹将志愿军阵地炸成一片火海，双方反复争夺，阵地几度易手。
在下碣隅里，美军拼命向第20军反扑，双方混战在一起，甚至用铁锹对劈、用刺刀对刺、用枪托对砸。
双方都已打红了眼。美军士兵与志愿军士兵搅杀在一起，互相拉对方身上的手榴弹，拼刺刀，阵地上到处是枪声、喊声、爆炸声。
整整一个白天，美军凭借极其强大的火力和战斗精神，发动了最为疯狂的进攻，付出了惨痛代价，但就是这样，仍然没有冲过志愿军的防御阵地。
当然，武器供应极弱的志愿军歼灭被围美军的战略目标，也没能如期实现。
28日，夜幕又降临了。
夜晚，志愿军从防守开始转为进攻。
打了整整一天一夜，志愿军几乎没有吃饭喝水，已经极度饥饿、疲乏，很多士兵甚至被冻饿得神情恍惚。衣着单薄的第27军第80师的将士，拖着冻伤的腿依旧顽强地追击撤往新兴里的机械化美军，少数士兵还一度突入新兴里，但终因兵力不足、冻伤减员太大，不得已撤出战斗。
第20军第58师经过极其艰难的浴血奋战，也将美军阵地压缩在一个小小的区域内。
战斗中，很多志愿军的弹药早已打光，只好靠捡美军遗弃的武器弹药，继续不停地战斗。
在极度寒冷的天气里，受伤是一件可怕的事情。由于缺乏医疗条件，很多志愿军伤病员被冻得颤抖不止，伤口和流出的热血瞬间就被冻住，很多伤员被冻死在战场上。
此时，志愿军将士的体力已经消耗到了极限，很多人甚至被冻结在阵地上。即使如此，只要一息尚存，这些中国军人就会不停歇地战斗，绝不会停下来。
此时，美军将士的耐力也已接近极限。很多士兵在两天战斗中仅凭一小块巧克力支撑，有的士兵报废了好几支自动步枪，也有士兵与地面冻在了一起，靠敲冰或撕扯衣裤才能爬起来。
但美军的物资条件毕竟和志愿军不在一个等量级上，他们的后勤供应和志愿军比起来一个天上一个地下。况且，美军的飞机和机械化车辆，不时地将那些受伤的士兵救下、运走。
混战了整整两天，双方指挥官都大吃一惊，开始摸到对方的水有多深了。哇，这次是真遇上硬茬儿了。
志愿军发现：事情进展大大超出原先估计，仅在柳潭里、新兴里、下碣隅里地区，被围的美军机械化部队，竟有1万多人，总兵力比估计的多出一倍。其中，柳潭里有美陆战第1师第5团两个营、第7团和炮兵第11团两个营；新兴里有美步兵第7师第31团两个营、第32团第1营、师属炮兵第57营和坦克分队；下碣隅里为美陆战第1师师部、第1团两个营、第5团一个营和一个坦克营；社仓里有美步兵第3师第7团。
美军也发现：参加作战的志愿军数不胜数，估计至少有五个师之多，他们的胃口极大，目标绝不仅仅是挡住美军进攻，而是想一口将美军的两个钢铁师全部吞下！
28日入夜后，双方开始调整战术。
志愿军第9兵团首长认为，既然对手人数超出估计，不能一口将对手吃掉，就只好集中部队，调集优势兵力，先歼灭一个地方的敌人。然后再扩大战果，一口一口吃掉敌人。
他们将目标定在了新兴里。
29日，第27军第81师主力会同第80师，准备围歼新兴里地区的美军，第94师作为预备队，也准备随时投入战斗。
为配合第27军歼灭新兴里之敌，宋时轮同时决定第20军第58师、第27军第79师分别对下碣隅里、柳潭里的美军进行钳制性攻击，第20军第89师对社仓里的美步兵第3师第7团暂取守势。
为了围歼柳潭里的美军，第20军第59师暂归第27军彭德清军长指挥。
此时，第9兵团的第26军还陷在朝鲜北部山区的风雪中，赶不上来。他们已经断粮，冻伤严重，正踉踉跄跄前来增援。
当志愿军开始调集兵力时，美军却先动了手。美军发现，部队分散在长达70公里的山沟里，被切成数段，这是非常被动的，必须打通各袋形防御地域的交通联络，赶走当道据守的志愿军，然后汇聚到一起逃跑。