砥平里环形阵地岌岌可危，就连弗里曼上校也吃了一颗子弹。眼看美国人就要顶不住了，可这时天空又浮现了志愿军士兵不愿看到的亮色……乌压压的美军飞机又要下蛋了……15日，砥平里的战局仍僵持不下。李奇微也沉不住气了，他严令美骑1师5团23辆坦克搭载160多名步兵解围砥平里。经血战，美军十多辆坦克突进了砥平里环形防线，守军顿时士气大振……而参战的志愿军部队此时接近弹尽粮绝。15日下午，邓华命令40军军长温玉成统一指挥围攻砥平里部队，16日必须拿下砥平里！可此时部队伤亡过大，歼敌战机已失，即使能够攻克，对整个战役态势于事无补，除非在拿下砥平里的同时，能够歼灭相当数量的援敌。心情沉痛的彭德怀再三斟酌，亲自下了撤退令。
当日夜，在漫天的大雪中，志愿军向北方撤去……《韩国战争史》大肆吹嘘：“砥平里战斗，是美军同中共军作战中在战术上取得的第一个成功战例，鼓舞了全军的信心，解除了美军决策当局对战局发展所抱的疑虑。这次胜利的意义可与英国第8军在阿拉曼取得的胜利比拟，也可以说是‘第二仁川’。”美军战史也大言不惭地说：“第2师在砥平里的英勇坚守后来证明是挡住共产党进攻的转折点。”而李奇微则在砥平里战场巡察时还较为实事求是地说：“算是幸运，总算没有被中国人整垮。”
志愿军砥平里之战失利，虽只是小挫刀锋主动撤围，却在美军面前完全暴露了自己的主要弱点，从此，美国军方认准了志愿军火力极弱，攻坚能力太差，即使穿插突破也难以大纵深攻击。侵朝美军再也不像从前那样一遭迂回穿插即全线撤退，开始敢于固守据点了。美国政府于此役后坚定了在朝鲜打下去的决心，李奇微也以此战证明了他堪为彭德怀的对手！
砥平里战后，一代名将邓华在志司作了深刻检讨，他的挚友韩先楚，则至死都认为应该先打砥平里。这次失利打破了彭德怀稳定战局的希望，东线反击未能达到破坏敌军战役布防的目的，西线的阻击也就失去了意义。1951年2月16日，38军全部撤过汉江。第四次战役第一阶段结束了。2月17日，中朝联司决定，全线转入防御。
