秦基伟从敌人求胜的急躁情绪中，看到了对方在指挥上的失策。对方以6个营的兵力多路进攻，而且从晚上到白天不间断地以密集队形冲锋，不做隐蔽，不惜暴露，这就犯了兵家所忌。
敌人指挥的失误，正好为秦基伟提供了机会。他命令炮兵集中炮火前拦后打，进攻的敌人被炸得血肉横飞，一排排地倒下。这一天，十五军597.9高地的守卫部队只伤亡70人，却消灭敌人1500多人。尤其是九十一团八连，一个班创造了歼敌400余名自己仅伤亡3人的惊人战绩。
之后几天的战斗也打得十分残酷，但十五军总算咬牙坚持住了。假如詹金斯再支持进攻下去，十五军也许就坚持不住了。秦基伟也承认这一点：“四十五师打得极为英勇顽强，负伤不下火线是普遍的；舍身杀敌，与敌人同归于尽的可歌可泣的事迹很多。但该师伤亡也很大，已有17个连队人数在25人以下，有的连队基本没有人了，其本身已无力把这个仗打下去。……”十五军还有一个四十四师和二十九师的部分兵力没有动，他们守卫在西方山一线，那里地处平康要冲，无法挪动。但毕竟克拉克和詹金斯没有坚持住，而秦基伟坚持住了。
胜与败也许就差之分毫。而分毫之差，就能区分出指挥员的优劣。
大反击的任务是夺回537.7高地北山的阵地，同时巩固好597.9高地的表面阵地。秦基伟和李德生共同制定了反击方案：十二军三十一师九十三团和九十一团一部巩固597.9高地，以九十二团全部兵力恢复537.7高地北山；十五军的二十九师八十六团、八十七团除以部分兵力三十一师防守597.9高地、反击537.7高地北山外，其主力则部署于五圣山、忠贤山一带阵地，并把原来配属的7个炮兵群合并成4个，以加强炮火的使用。
11月11日15时45分，我军的榴弹炮、火箭炮、迫击炮、山炮、野炮，以排山倒海之势向敌军倾泻。秦基伟指示炮兵要巧妙地运用火炮的威力：15时45分炮火进行第一次急袭后，停歇5分钟，再急袭5分钟，然后假意发出步兵攻击信号，但并不冲锋，把敌人引诱到前沿工事后，才使用火箭炮覆盖，几十门榴弹炮也一起轰击。这几次急射，1万多发炮弹铺天盖地落到敌人阵地，537.7高地北山一片火海，地堡飞上了天，铁丝网被炸断，敌人的尸首四处飞扬。
接着，秦基伟命令十五军二十九师八十七团向448东北无名高地佯攻；命令十二军三十一师九十三团攻击上甘岭以北无名高地，从两侧威胁537.7高地北山的敌人。最后，他命令十二军三十一师九十二团的两个连，分两路发起冲击。经过35分钟激战，夺回了537.7高地北山阵地，全歼了守敌。九十三团以一部兵力收复了597.9高地的最后一个班阵地。至此，上甘岭的两个高地全部被我军收复。
“联合国军”被赶出上甘岭两个高地表面阵地的消息被美联社透露后，汉城、东京、华盛顿军界、政界大为震惊。“联合国军”总司令克拉克狗急跳墙，组织“联合国军”疯狂反扑。
敌人集中空前优势的炮兵、飞机、坦克，配合步兵展开了“波状进攻”：一个连上去，再上一个连，一个营上去，再上一个营，轮番冲锋，昼夜不断，但上甘岭我军阵地岿然不动。
11月16日，美联社悲哀地宣布：“到此为止，联军在三角形山(上甘岭)是打败了。”但克拉克不甘失败，又组织了无数次的反扑，都以失败而告终。我军在大反击阶段共杀伤敌人2900余人。