从10月30日至11月25日，为上甘岭战役的第三阶段，即决定性反击和巩固阵地阶段。
志愿军第15军在完成决定性反击准备后，决定首先反击597.9高地。10月28日和29日，志愿军集中野炮、榴弹炮对597.9高地进行预先炮火准备，猛烈轰击“联合国军”在表面阵地上构筑的地堡和副防御设施，并以迫击炮进行监视射击，阻止“联合国军”恢复工事。
10月30日晚9时，志愿军104门火炮突然发出怒吼，炮弹飞向597.9高地和“联合国军”炮兵阵地，开始了决定性反击的直接炮火准备。
先是由野榴炮开始急袭，10分钟后炮火实行假延伸，诱敌进入战斗位置。当阵地上的南朝鲜兵跳出工事，隐蔽在山背后的预备队也冲上阵地，准备对付志愿军步兵的冲击时，志愿军火箭炮一个团实行全团的一次齐放。野榴炮也转回原目标，给以5分钟的火力急袭，接着火箭炮全团又一次齐放，最后又是急袭5分钟。志愿军炮火准备摧毁了阵地上南朝鲜军的大部工事，杀伤其大部人员。“联合国军”炮兵被压制两个小时没有做出反应。
火力准备过后，志愿军突击队在迫击炮火力的支援下，数路数波依次发起冲锋，后梯队源源投入。经5个小时激战，将守敌南朝鲜军第2师第31团一个营又一个连全部歼灭，并击退南朝鲜军一个营多次的反扑，歼其一部，恢复了除该高地东北山腿（第2、第8、第11号阵地）外的全部阵地。
为配合597.9高地的反击战斗，第15军以第85团同时对275高地进行反击，歼美7师一个连部和两个排，吸引“联合国军”3个榴弹炮群和一个化学炮群，有力地配合了597.9高地的反击作战。
31日4时，南朝鲜军第31团残部和第32团一部，趁志愿军恢复阵地不久，发起猛烈反扑，在无工事依托的情况下，志愿军指战员利用山缝石坎和弹坑隐蔽，击退南朝鲜军的连续进攻。
中午，南朝鲜军曾一度占领第9、第10号两个阵地，但经志愿军两个班的反冲锋即夺回阵地。第86团第2排坚守第7号阵地，战斗打得相当惨烈，在13个小时之内打退了南朝鲜军40余次冲锋，最后只剩下一个人，守住了阵地。全天共歼敌1500余名。当晚，又恢复了高地东北山腿上的第2、第8号阵地，全歼南朝鲜军一个连，歼敌300余人，至此，597.9高地只剩下一个前哨班阵地尚未恢复（后在反击537.7高地北山时，将该阵地收回），第15军以第86、第134、第135团各一个连坚守阵地。
11月1日，“联合国军”以100架次飞机，连续轰炸志愿军炮兵阵地，以300余门大炮向志愿军阵地进行猛烈的轰击，当日“联合国军”发射炮弹12万发。9时半，南朝鲜军第9师第30团、第2师一个营和埃塞俄比亚营共5个营的兵力，在炸弹、炮火烟幕的掩护下发起攻击。志愿军炮兵部队不怕敌机威胁，准确及时地支援步兵作战。南朝鲜军虽曾一度突入志愿军阵地，但在志愿军的反冲锋下，很快又败下阵去。
入夜，志愿军调整部署，将苦战了19天的第45师第135、第134团撤出战斗整补；以第12军第91团投入战斗坚守主峰及其以南（第9、第10号）、以北（第4、第5、第6号）阵地；以第86团两个连坚守东北山腿（第2、第8号）阵地和东南山腿（第7号）阵地。
2日，志愿军炮兵第2师主动提出加强上甘岭地区炮兵力量，支援步兵作战，经志愿军首长批准，于4日调6个榴弹炮连参战。
2日晨，“联合国军”以持续4个小时的猛烈炮火，企图压制志愿军纵深炮火和摧毁597.9高地防御工事，打炮15万发以上，并出动飞机100余架次轰炸、扫射阵地前沿。接着，南朝鲜军第9师第30团、美军第7师两个营和空降第187团一部共5个营的兵力，对597.9高地攻击40余次。志愿军第91团和第86团一个连，采取灵活的战斗动作，并与炮兵密切协同，顽强抗击，将一度突入阵地的敌人击退。以伤亡190余人的较小代价，歼敌1500余人。
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