陆战1师是美军中战斗力最强的部队，拥有数百门火力强大的重炮，并且有空军支援。20军没有重炮，只有一些轻型火炮，因天冷，好多还打不响。战士们只好依靠手榴弹作为进攻武器。白天美国空军飞来进行狂轰滥炸，志愿无法进攻，只好隐蔽。惨烈的血战每天夜里都在进行。志愿军战士反穿着与雪地一样颜色的白色棉衣，不停地扑向美军阵地，顽强地争夺各个制高点。美军则依仗充足的火力，向志愿军的进攻方向进行彻夜不停地炮和式轰击。在这场钢铁与血肉的搏斗中，20军部队反复冲击，牺牲重大。尽管屡次突入下碣隅里，但因后备兵力不足，又全被击退。由于武器的威力不足，给美军造成的伤亡也并不严重。双方大量的减员则主要是由于过于寒冷的天气。
为避免被全歼，陆战1师开始拼死突围。在死鹰岭及下碣隅里周围的高地上，双方展开了血腥的搏杀。志愿军因火力薄弱，堵不住美军正面进攻，只能化整为零，层层阻击，反复进攻，死死缠住美军。在下碣隅里东南的1071高地上，一位志愿军连长杨根思在打到弹尽援绝后，怀抱炸药包扑入美军人群中，产生了志愿军部队中的第一个特级战斗英雄。
陆战1师出动兵力拼死向北接应，终于救出了柳潭里的两个团，又全军向南突击。在漫天的大雪中，激战再度展开。负责阻击的20军部队，衣着单薄，已断粮多日。但仍顽强苦战，直到全部战死或失去战斗力。陆战1师在优势火力的支援下，冲破层层阻击，终于逃出志愿军的包围圈。
在长津湖之战中，张翼翔的20军部队在极端困难的情况下，奋勇作战，尽管没能全歼敌军，但击溃了陆战1师，完成了东线作战的战略任务。同时，全军伤亡7000余人，冻伤11000余人，付出了巨大牺牲。长津湖之战后，9兵团部队足足休整了5个月。在五次战役中，20军以极快的速度攻过了昭阳江，然后猛插五马峙，一举包围了韩3师和韩9师，成为志愿军各军中进攻最快的部队。20军继续发起猛攻，韩军2个师完全溃散，战前23000余人的部队只剩下了2000余人。
五次战役后，20军随9兵团担任东海岸守备任务。1952年10月，张翼翔率20军班师回国。
