炮火射击刚一延伸，45师步兵随即开始反击。战至20日凌晨，反击部队全部收复三角山和狙击兵岭。著名战斗英雄黄继光就是在反击597.9高地0号阵地时牺牲的。

　　20日白天，美韩军在300门重炮、几十辆坦克和大批飞机的支援下，再次对两个高地发起持续不断的攻击，45师连续作战7天，已先后投入26个步兵连队，伤亡惨重，已无力再战，只得放弃表面阵地退入坑道，除597.9高地一个山梁上的四个阵地外，其余均告失守。

　　20日晚15军参谋长张蕴钰赶到四十五师师部，听取作战情况报告，这才得知：45师除133团伤亡较小，还有近千人外，134团和135团总共只剩下二三百人，全师步兵伤亡超过3500人，各营机炮连分散配属到步兵连，无法统计伤亡。全师已经没有一个完整的建制营了。(如果考虑到机炮连损失及运输、救护人员的损失，45师伤亡应超过4000人。)

　　秦基伟知道这一情况立即在军部召开紧急作战会议，决定从军部的直属部队和机关中抽调人员补充四十五师。鉴于四十五师已无力组织反击，便改变战术，以坑道斗争与小分队反击为主要手段，消耗疲惫敌军，为主力调整部署准备大规模反击赢得时间。秦基伟呈请第三兵团为45师补充4000新兵。

　　据我方统计，这七天我军毙伤美韩军近7000人。这个数字肯定高估了敌军损失。美7师是在10月25日后撤整补、由韩2师换防的。据美方统计，美7师在三角山共计伤亡2200人。当然，这个数字肯定没有包括编入美军中的韩军损失。当时，美军中固定配属的南朝鲜人占战斗部队人数的五分之一到四分之一。因此，美7师中韩国人的伤亡应在500人左右。由此美7师总计伤亡应是2700人。这个数字也符合美军伤亡三分之一就要撤下整补的惯例(美7师步兵大约9500人)。韩2师在狙击兵岭的损失与美7师的损失应大体相当或略少于美军，所以，美韩军在这7天里的伤亡应不超过5000人。

　　由于我军战前没有作好准备，开战后很长时间里炮兵没有给予步兵有效支援，因此，在前七天的战斗中，尽管45师给予敌人大量杀伤，但自身也伤亡近半，阵地大部分丢失。

　　6.加强炮兵力量，增加29师2个团和12军31师部队，15军准备大反攻

　　10月25日，15军决定集中兵力先对597.9高地实施决定性反击，力求全力恢复表面阵地，反击成功后争取巩固，然后再争夺537.7高地。二十九师八十六团和八十七团投入上甘岭作战，必要时动用配属给十五军的十二军九十一团。

　　三兵团司令王近山判断上甘岭作战已发展成战役规模，十五军已无力继续下去，不仅要用到十二军三十一师九十一团，还将会使用到九十二团，就指示十二军军长曾绍山预作一些参战的必要准备。并从其他地区抽调67门大口径火炮，加强上甘岭的炮兵力量;还调来了一个高炮团，加强防空火力。

　　志愿军后勤部负责保障供应，以每门炮500发炮弹的标准准备十一万发炮弹，组织运力昼夜抢运，总部后勤部留作机动的两个汽车运输连也投入上甘岭的物资运输，对十五军的需要，全力保证。

　　从28日开始，十五军就以无后坐力炮对597.9高地敌防御工事，实施预先破坏射击，再以迫击炮轰击阻止美军修复工事，为30日的大反击创造条件。

　　7.10月30日，以志愿军历史上第一次大规模炮战为开始， 15军对597.9高地实施大反击。

　　10月30日中午十二时，十五军以133门大口径火炮和30门120毫米重迫击炮，向597.9高地实施猛烈的炮火准备，炮击持续达四个多小时，日落时分才沉寂下来，韩军爬出隐蔽部抢修被毁的工事。不料一个半小时之后，十五军的炮火又突然开火，对高地进行了五分钟的炮火急袭，接着开始炮火延伸，韩军急忙进入阵地准备迎战，谁知志愿军的炮弹猛然又回落在高地上，这么几次真假延伸射击，高地守军的伤亡已经过半。二十二时，火箭炮团24门火箭炮进入阵地对敌纵深炮兵阵地和二梯队集结地区实施面积射击，几乎完全压制了敌纵深炮火。

　　这是志愿军历史上第一次大规模的炮战，取得了预期的效果。这体现了志愿军的炮兵经过连日的战火考验，终于逐步成熟，炮火的运用合理精熟。与美军在火炮数量上的对比从战役初期的1：10缩小到1：4，炮火组织指挥上更是有了长足的进步。这与10月14日开战时炮兵没能给予步兵有效支援形成鲜明对照。