为了防止美军趁势北上进攻，志司于6日命令左翼的第42军以晓月山为核心构建稳固的防御体系，设置多重侧射与交叉火力，力求在我方坚固阵地前突然重创敌军。
同时，命令第42军与第47军密切配合作战，如敌军向天德山以西推进，第42军应组织炮火侧面打击敌人；若敌军向晓月山发动进攻，第47军则应组织侧翼火力对敌实施打击。
志司还指示第19兵团：在敌军尚未脱离其阵地及炮火支援的情况下，不应发动大规模反击；待敌方被削弱并陷入疲惫后，再进行较大规模的反击。
具体行动由杨得志和李志民统一安排部署。
志司最后特别强调：“现42军、47军及64军必须竭尽全力坚守阵地，大量歼灭敌军，为今后实施更大规模的反击创造有利条件。”
美军占领天德山后，进攻的方向并未朝北推进，而是转向了天德山西侧、南侧以及驿谷川东南的各个高地。
10日，第140师奉命重新投入前线，接替第139师防守以345.6高地为中心的驿谷川东南阵地。黎原回忆，这一阵地很快就成为了第47军防御方向上与敌军争夺最为激烈的核心，战斗的残酷程度，甚至超越了“血染岭”和“断肠岭”。
“血染岭”和“断肠岭”位于海拔接近千米的高山上，美军的坦克和火炮由于地形的限制，无法进入阵地前线，这在一定程度上削弱了美军的火力。
而345.6高地则交通便利。
美军能够同时部署超过20个重炮群，第1骑兵师的战斗力远超当初进攻“血染岭”和“断肠岭”的美韩军部队，且其攻势持续时间更久，付出的伤亡代价也更加惨重。
黎原感慨道：当时之所以能够在345.6高地重创美军，坑道起到了至关重要的作用。
在无数次血战中，被敌军猛烈轰炸激怒的中国将士，最终找到了应对“联合国军”空中与地面火力优势的有效策略——这便是“坑道战”。
志愿军的坑道防御体系，日后成为世界各国军界争相学习的对象，实际上是被美军逼出来的。面对美军数百倍于己的火力优势，出身农民的志愿军战士们凭借本能开始挖掘洞穴以躲避美军密集的炮火。
这种单人防炮洞因形似猫耳而被志愿军称为“猫耳洞”，三十年后在中越老山战场上，这个名字再次被广为传颂。
美国人的炮火越猛烈，中国士兵们就越努力地挖掘洞穴，左挖右挖，直到相邻的洞穴连接在一起，最终形成了马蹄形的坑道。
美军战史中对此有这样的描述：“由于中国人构建了复杂的堑壕系统和机动道路，极大削弱了突袭的效果，因此即便投放了凝固汽油弹和千磅炸弹也无济于事。敌军防守顽强，常常战斗到最后一人，导致骑1师付出了沉重的代价。通常情况是，美军虽然攻下了作战目标，但兵力不足，无法抵挡随后而来的强大反攻。”
10月18日，美军终于攻下了345.6高地的前沿阵地。
从9月29日至10月18日，第47军与美军第1骑兵师、第3师等部展开了激烈战斗，持续了整整20个昼夜。
据志愿军统计，敌军共伤亡两万余人，其中超过三分之一的伤亡是由我军炮兵造成的。第47军伤亡超过7000人，美军则向前推进了约4公里，占领了90平方公里的区域。
第47军的右侧相邻部队是第64军的第191师，其防线从临津江西岸的青廷里延伸至高阳岱一带，正面约宽10公里。由于在第五次战役后该师未能得到兵员补充，战斗开始时，全师仅剩6000余人。
当前敌军为英军第29旅和美军第1骑兵师的部分部队，每天出动1至2个团的兵力，伴随40至60辆坦克和20至40架飞机的支援，持续对高旺山和马良山发起重点攻击。
马良山是临津江附近屈指可数的几个制高点之一，周围群山环绕，临江而立，三面高山耸峙，地形宛如马蹄。作为确保开城侧后方安全的关键战略要地，它同时也是贯通临津江、涟川与朔宁的重要交通枢纽。
如果联合国军控制了马良山的主动权，那么攻占开城将变得轻而易举。而开城以北的平原地区，更是极为适合联合国军的机械化部队展开作战。届时，美军只需持续不断地派遣飞机，对我军阵地进行轰炸，这场战争将会无休止地延续，直到我军再也无力承受。
回过头来看我军的情况，若我们能够持续保持对马良山的控制权，那么联合国军在金城一带就不得不时刻紧盯我军的动向，否则稍有不慎，金城就可能落入我军手中。此时，谁能夺得马良山，谁就能掌握整个战场的主动。
191师部队依托阵地，在炮火的掩护下与敌人展开了多次激烈争夺。
10月4日，英军第29旅与美军骑一师在飞机、坦克和大炮的强大火力支援下，继续向我军阵地发动猛攻。敌人一波接着一波的进攻接踵而至，炮弹像石子般毫无顾忌地砸向我军阵地，尤其是高旺山阵地，已遭受上万发炮弹的猛烈轰击。
10月5日，英美联军再次向马良山主峰和216.8高地发起猛烈进攻。驻守在马良山主峰西南侧216.8高地的第571团7连，依托坑道式掩体，阵地十分坚固，灵活机动地反击敌军。英军第29旅的两个营轮番发起了21次冲锋，均被成功击退。战斗一直持续到10月7日，7连共歼敌700余人，自己仅付出26人的伤亡代价。
联合国军不给我军任何喘息的机会，紧接着又对马良山的318高地和216.8高地发动了一轮轰炸。同时，联合国军还派出了60多辆坦克，协同步兵发起猛烈冲锋。
面对敌人的疯狂进攻，191师的战士不敢有丝毫耽搁，立即增派了15个炮兵营、3个高射炮营以及两个坦克连进行火力反击。即使如此，仍然难以遏制敌人的凶猛攻势。经过连续三天三夜的激战，我军阵地上的防御工事大多已被摧毁，伤亡人数也在不断增加。
若继续这样作战，将会导致更多无谓的伤亡。此时，我军的二线防御阵地已全部建成，后续的增援也在源源不断抵达。因此，志愿军决定暂时撤出马良山前线，转而依托黄鸡山和白石洞一线展开防御。
与此同时，英美联军的损失同样惨重。英国第29旅的兵力直接减少了三分之一，损失超过2600人，已无足够兵力继续支撑他们作战。至此，马良山战役的第一阶段宣告结束。
截至目前，英美联军已成功在马良山地区稳住阵地。英军用第28旅替换了伤亡惨重的第29旅，并通过修建交通壕和地堡形成了网状的环形防御体系。此外，美军骑兵第一师也在侧翼提供了火力支援。
经过一段时间的休整，占据有利地形的英军，逐渐变得狂妄起来，频繁对附近我志愿军的阵地进行骚扰，甚至公然炮击朝鲜的村庄。这一系列挑衅行为彻底激怒了我军和朝鲜的平民。我军随即开始调集兵力，准备展开一次反击战。
为了在这场战斗中一举击溃敌人，第64军特别设立了临时指挥部，统筹部署了各个兵种，为此前后准备了整整一个月。这次反击战的火力配置，也是志愿军入朝以来最为豪华的一次。
在炮兵火力的部署上，除了191师原有的炮兵团和那几个分散的炮兵营之外，64军还专门向上级申请调来了一个155毫米榴弹炮营以及一个火箭炮连进行增援支援。为了这场反击战，我军准备的火炮中，口径超过75毫米的就有60多门！
时不我待！
兵力已然集结，志愿军战士们早已摩拳擦掌，迫不及待地想在战场上狠狠教训联合国军。573团前线调查传回的情报显示，马良山一带的英军阵地上光是地堡就超过百座，阵地前还布有雷区和铁丝网等障碍。
这让64军陷入了困境，面对如此坚固的防御工事，我军很可能会付出巨大代价，但担心即使耗费了大量精力，也未必能取得理想效果。为有效打击依托山势修筑的敌方碉堡，经过志愿军装甲兵指挥部的深入研究，最终决定派遣坦克碾压敌人的防线。
在此次反击战中，担任主攻任务的是573团，他们将在三个炮兵营和10辆坦克的支援下，进攻马良山主峰317高地及其西南侧的280高地。与此同时，572团负责助攻，而571团则肩负起掩护573团侧翼的任务，阻击试图偷袭的敌军。
为了确保191师顺利完成此次反击任务，64军特意调派190师前往高旺山牵制美军，既阻止美军增援，又顺便切断英军的退路。64军将总攻时间定在11月4日。为掩盖我军的进攻意图，从10月15日开始，我军便对联合国军展开兵力骚扰，借此迷惑英军。
11月2日，我国志愿军展开了一次多兵种协同作战的“演习”，这一行动的目的当然也是为了迷惑敌方视线。
11月3日晚间，60余门火炮（其中包括“喀秋莎”火箭炮）对马良山敌军阵地前的防御工事展开猛烈轰击，摧毁了敌军阵地前的大量雷区和障碍物。
在炮火的掩护下，志愿军坦克第1团2连与重坦克连共12辆坦克进入战场，利用预先准备好的掩体进行埋伏，成功避开了联合国军侦察机的侦查。
11月4日，志愿军们终于迎来了这一刻，人人都整装待发。
随着信号弹升空，收复马良山的全面进攻正式拉开帷幕。
首先，所有火炮齐发，猛烈轰击敌方阵地。炮击间隙，我方坦克瞄准敌人前线阵地，进行精准打击。经过两轮火力压制后，我方火力逐步向敌人纵深推进，将敌军逼入各自阵地。这时，火箭炮开始全面覆盖敌方阵地，继续施加火力打击。
经过这次猛烈打击，英国军队完全陷入了混乱。皇家苏格兰边防团第1营以及赶来增援的美英联军，被装备有重炮、火箭炮和坦克的志愿军第191师3个步兵营击溃，溃不成军。面对志愿军全面压制的装备优势，联军只能使出最后的杀手锏——空中力量。
经过将近一个小时的火力压制，精准的打击让英军察觉到我军可能有坦克参战，于是将这一情报传达给了美军，并要求美军空军以我军坦克为主要打击对象。尽管我军的坦克进行了伪装，但炮口的火光还是引起了美军的注意。
敌机接连不断地分批次俯冲而下，向我军坦克阵地投下50多枚凝固汽油弹，顷刻间，坦克阵地陷入了一片火海。然而，面对美军的猛烈空袭，我军绝不甘于被动挨打，立即派出高射炮组建防空分队，展开了强有力的反击。
三个高炮营和高机营的高射炮、高射机枪同时对空开火，敌军多架飞机受到重创，其中三架当空炸裂，其他几架冒着黑烟坠落地面，变成了火球。仅剩的几架还能飞行的飞机也匆忙投下炸弹，慌乱撤退。此时，阵地上大火开始蔓延，我军的三辆坦克被凝固汽油弹溅射引燃。
此时大家来不及多加思索，只留下坦克上的炮手和装弹手继续对敌展开攻击，其余人员则用附近的泥土扑灭火势。经过奋力抢救，最终成功挽救了三辆遇险的坦克。下午四点，在我军强大的火力压制下，敌军上百个碉堡几乎被摧毁，我军也随即做好了进攻准备。
在炮火的强力掩护下，572团2营6连作为主攻的尖刀连，势如破竹，仅用了短短10分钟便突破英军阵地。此时，驻守在马良山主峰317高地的英军残部，尚在炮火的猛烈轰击中茫然不知所措，来不及组织有效防御，我军已迅速逼近，直杀到他们眼前。
与此同时，573团的尖刀连在216.8高地上也顺利完成了突破。尽管如此，驻守该阵地的英军尚有血性，面对突如其来的局面，他们纷纷装上刺刀，向我军发起了“白刃冲锋”。然而，显而易见的是，他们选择了错误的对手。经过半小时的激烈交锋，216.8高地的英军最终全军覆没。
直到晚上7点，战斗才正式结束，我军成功从英国人手中夺回了阵地。然而，这并不意味着战斗的终结。在收复阵地后，我军立即着手抢修防御工事，并根据之前的战斗经验，特别加强了反斜面坑道的建设。
此时英军已被我军彻底震慑，再加上夜幕渐渐降临，未能及时发起反击，这为我军争取到了充分的时间进行防御部署。
11月5日，天色刚刚破晓，美军的飞机便呼啸着从马良山我军阵地上空掠过，伴随着一波接一波的猛烈轰炸。英军第28旅配合一个坦克营，随即再次向我军阵地发动冲锋。然而，他们万万没有预料到，美军刚刚实施的几轮轰炸，丝毫未能对我军连夜加固的反斜面工事产生影响。当英军发起冲锋时，我军立刻以精准的炮火覆盖敌军，紧接着出动坦克，将尚未抵达我军阵地前沿的英军彻底击溃。
11月6日凌晨，这个早晨格外宁静，不再听到美军飞机的轰鸣声，也没有了震耳欲聋的炮火声，甚至连英军冲锋时的喊叫也消失无踪。然而，到了下午，英军第28旅又组织了几次进攻，但最终依旧以失败告终。
马良山反击战不仅是志愿军入朝后少有的几次“富裕仗”之一，更是志愿军进入朝鲜战场后首次组织步兵、炮兵、坦克和工兵等兵种协同作战的战役，标志着我军作战水平初步进入现代化战争的阶段。
在工兵、坦克、防空部队和地面炮兵的支援下，第191师的三个营仅用了四个小时就成功收复了整个马良山阵地，并击退了敌军援军的反扑，顺利巩固了阵地。此次战斗，志愿军共毙伤美英军1701人，俘虏46人，击落敌机14架，击毁坦克6辆。
尤其值得一提的是，一辆编号为402的志愿军IS-2重型坦克，在此次战役中单车摧毁了敌军6个地堡，并俘虏了10名敌军，凭借这一战绩成为志愿军坦克的代表，甚至被国外游戏收录，成为中国装甲兵的“形象代言人”。
从此直到停战协议签署，联合国军再也没有靠近过马良山。英军在这次战斗中遭受了极大挫折。在一个多月的战斗中，64军191师以1700人的伤亡代价，成功歼灭了美军、英军和澳大利亚军队共计4400人，击落敌机14架，摧毁坦克6辆。
志愿军总部致电嘉奖第64军：
“敌军此次进攻你们部队，遭遇重大损失，而你们以英勇顽强的作战精神，在付出极少伤亡的情况下取得了辉煌战果，充分展现了你军在炮火组织和指挥上的进步。希望继续认真研究，以求每次战斗都能再进一步，预祝你们取得更大的胜利。”
10月18日，美军在西线的进攻宣告停止。
志愿军随即宣布，西线美军的攻势已被彻底击溃。
李奇微认为，虽然美军的进攻遭遇到了与第2师在东部地区所面临的同样顽强抵抗和频繁反击，但他们仍在10月19日成功抵达并占领了预定目标，建立了“詹姆斯敦线”，即“堪萨斯线”的一个新突出部，同时解除了敌军对铁原至汉城铁路线的威胁。通过这次西线进攻，美军感到中国军队比以往任何时候都更加重视坚守阵地。
美军的战史中记载：
“突击队”行动期间，中国人对制高点的守备极为重视。他们从传统的机动防御体系逐步转向了坚固的防御模式。
这种变化表现在深度掩体、复杂的堑壕网络，以及在前线阵地大规模储备食物、物资和弹药，显示了他们企图死守阵地的决心。当骑1师试图突破主要防线时，中国人迅速调动大量新生预备队，不惜耗费储存的炮弹，拼死防守阵地。
直到人员伤亡惨重，弹药几乎耗尽，他们才被迫撤退，骑1师这才最终占领了“詹姆斯敦”作战线。这种经历充分反映了志愿军作战方式正在发生的转变。