从10月21日至29日，我坚守坑道部队共组织班、组兵力，以夜袭手段出击158次，除9次未能奏效外，其余均获成功，共计歼敌2000余人，并恢复了7处阵地。。同时，坑道部队还采取冷枪狙击的战术大量消灭敌人。在此期间，我二线部队为了支援坑道部队作战，曾以两个班至五个连的兵力，在炮兵和坚守坑道部队配合下，向597.9高地反击五次，向537.7高地北山反击七次。同时第15军抽调战斗部队和各师团机关人员组织火线运输人员，冒着炮火封锁通过数十里山路向坑道提供物资补给。
为了直接配合坑道作战和进行反击准备，第15军以第29师和第44师先后攻歼了上甘岭以西柏德里东山和平康以南万渊里地区之381高地、391高地之敌，共歼敌3000余人。
我军在坚持坑道作战的同时，紧张地进行对敌实施决定性反击的准备工作。10月20日，第3兵团决定将从一线阵地撤出、正准备休整的第12军调往五圣山地区作为战役预备队，同时以第15军29师接替第45师除597.9高地和537.7高地以外的全部防务，以使第45师全力投入上甘岭作战。另将炮7师一个营、炮2师四个连和高射炮兵一个团加强给第15军。同时还给第45师补充了1200余名新兵。
10月29日，我军实施决定性反击的准备工作就绪，并已进行了两天的预先火力准备，将敌占表面阵地工事基本摧毁。
10月30日战役终于进入第三阶段。当日21时，第15军以第45师五个连、第29师两个连与坚守坑道部队配合，在山、野、榴炮50门、火箭炮24门、迫击炮30门的支援下，开始对597.9高地之敌实施反击。坚守坑道部队三个连首先对敌发起冲击，随即坑道外部队七个连进入战斗，对敌实施两面夹击。经五小时激战，全歼守敌四个连，并打退敌一个营的多次反扑。至31日夜，除1个班阵地外，597.9高地全部为我收复。
11月1日，敌人又发动六个营的兵力向我597.9高地冲击十四次，我坚守部队在纵深炮火支援下，均将敌击退，毙伤敌1500余人。当日晚，我预备队第12军第31师第91团投入战斗，并增调9个炮兵连参战(支援火炮达到了21个连73门，另火箭炮6个连24门)。次后2日～5日，敌人集中美7师、空降187团各一部以及韩国第9师和哥伦比亚营，每日均以一个营至一个团的兵力连续攻击。5日，第12均93团一个营投入战斗，同第91团最后粉碎了敌人的进攻，巩固了597.9高地的阵地。此次作战，我军共歼敌6000余人。
