1950年11月，朝鲜北部山区迎来入冬的第一场雪，一场50年不遇的寒冬席卷而来。在这凛冽寒风中，麦克阿瑟亲自指挥的东线联合国军，包括韩美第10军、韩第一军团共5个师10.3万人一路北上。
这支部队堪称美军精锐，美7师组建于1917年，历经一战、二战，在阿留申群岛等战役中屡立战功，因执行任务准确无误被称为“滴漏器师”；陆战一师更是声名显赫，组建160余年来未尝败绩，瓜岛、冲绳岛之战是其荣誉的见证，仁川登陆更是其代表性战役。仁川登陆后，这支部队势如破竹，11月21日，美7师的先遣部队已抵达鸭绿江边，这是美军地面部队唯一一次亲眼见到鸭绿江。
第10军军长阿尔蒙德踌躇满志，深信战争即将结束，战士们能如麦克阿瑟所说回家过圣诞，于是下令全速前进。然而，陆战一师师长史密斯却拒绝了这一冒进的命令。他认为陆军过于极端，此次第10军的行动无视朝鲜北部山地崎岖和气候严苛。他下令陆战一师保持安全行军速度缓慢前行。11月24日，陆战一师全部进入长津湖地区，此时气温已达零下30多度，美军士兵出现严重冻伤，受伤士兵因血浆冻结无法输血而失去生命，但阿尔蒙德的命令并未因天气而改变。
与此同时，宋时轮率领第9兵团15万人入朝接替42军担负东线作战任务。这支部队原计划次年春天投入使用，本以为是去东北换防，直到登上列车才接到入朝通知。官兵们身着单薄冬装，虽在鸭绿江边领到部分补给，东北部队也拿出5万余套御寒衣物，但对于15万大军而言远远不够，许多士兵只能领到一顶棉帽。由于战况紧急，列车停靠时间短，物资未能全部送上车，后续物资依靠汽车运输，但大量运送物资的汽车被美军飞机炸毁，粮食、弹药难以运往前线。
11月7日，第9兵团先头部队进入朝鲜，对于很多南方长大的士兵来说，这是他们第一次见到如此大雪。20军行军第一天就有700多人严重冻伤，部队只能轻装简行，每个班仅有一到两床棉被，战斗打响前官兵们多日未能吃上热饭。然而，即便条件如此恶劣，第9兵团官兵依旧斗志高昂，夜行军昼宿营，躲避美军空中侦察，27军79师创下连续18天在山地徒步、日行军30公里且隐蔽伪装无补给的奇迹，被美军舆论界称为当代战争史上的奇迹。
史密斯的谨慎使陆战一师陷入志愿军包围圈。按照正常行军速度，第9兵团难以先敌到达长津湖一带，但史密斯为部队安全和修筑临时机场而放慢速度，主动走进志愿军的口袋。10月26日，志愿军在大雪掩护下从三面秘密包围柳潭里的陆战一师5团、7团，切断其与指挥部联系，27军80师包围新兴里的美7师31团，阻止其向西救援。就这样，陆战一师被分割包围而不自知。
10月27日晚，盖马高原风雪交加，一声嘹亮军号声打破寂静，第9兵团向长津湖地区美军发起全面攻击，长津湖之战拉开序幕。冲锋号响起时，被冻得神志不清的志愿军士兵从雪地跃起，借夜色掩护向美军阵地冲击。由于装备火力劣势，士兵们尽量隐蔽前行，靠近敌人后才投出手榴弹，再用步枪和刺刀交战。
战斗最激烈之处是1282高地，这是柳潭里北面制高点，占领此处可使柳潭里敌军暴露于志愿军火力之下。担负突击任务的79师235团在突击中踩到美军半触发地雷，攻击阵型暴露，遭陆战一师密集火力猛攻。强攻不成后，235团调整战术，以班为单位正面轮番冲击吸引美军，大部队从侧后迂回冲上阵地近身搏斗，双方甚至展开肉搏，刺刀折弯，阵地上满是扭打身影。
美军一连连长菲利普斯被击毙，经过一夜激战，28日凌晨5点，79师攻克包括1282高地在内的数个高地，成功穿插到柳潭里美军北侧，南侧的59师也切断柳潭里向下碣隅里撤退的道路，志愿军将分割包围战术发挥到极致，但59师未能拿下7团F连驻守的高地，导致包围圈出现缺口。
28日天亮时，志愿军攻势缓和，美军指挥官得以审视战场，发现陆战15团、7团被围于柳潭里，1团和师指挥部被围于下碣隅里，7师被围于新兴里，美军指挥官意识到若不采取措施，28日晚可能成为陆战一师官兵的最后一晚。此时志愿军也发现美军数量多于预期且装备精良，还得知美军在下碣隅里修筑简易机场，宋时轮果断调整进攻战略，重点攻击新兴里美7师31团和下碣隅里陆战一师指挥部。
下碣隅里成为关键，史密斯在此安排近4000人兵力，配置12门105毫米榴弹炮，阵地前设置大量地雷、照明地雷、爆炸物和铁丝网，与各种武器构成严密防御体系等待志愿军。28日黄昏，志愿军58师炮火准备30分钟后，随着军号响起向美军阵地冲击，在美军密集火力下伤亡惨重但仍前赴后继。经过多轮冲锋，58师在东西方向实现突破，172团攻占东侧高地，173团从西侧突进简陋机场但被美军增援部队击退。在战斗中，志愿军战士缺少有效的反坦克武器，只能以血肉之躯对抗美军坦克。战斗持续到第二天凌晨，弹药耗尽后58师退出战斗。
天亮时，172团3连连长杨根思接受防守下碣隅里东侧高地任务。营长下达命令后，杨根思坚定表示有他就有阵地。他带领的排兵力有限，口袋里除了冻硬的土豆就是手榴弹。黎明时，杨根思和士兵登上阵地，用积雪构筑工事。极度严寒使士兵鞋袜冻在一起，手指无法拉开枪栓，饥饿也难以忍受。
美军进攻开始，密集炮弹袭来，美军随后发起冲锋，被志愿军手榴弹击退，接着又是更猛烈的炮火轰击。杨根思发现美军坦克后亲自炸毁一辆，率领3排打退敌人8次进攻，阵地上志愿军人数越来越少，最后只剩他、重机枪排排长和一名伤员。
杨根思命令他们撤下报告情况，自己独自坚守阵地，等待美军最后的冲锋。上午10点，美军发起第九次进攻，接近山头时扬起旗帜宣扬胜利，这时杨根思从雪地跃起，怀抱炸药包冲向美军，炸药包爆炸，陆战一师旗帜被炸碎，冲上阵地的美军也被炸死，杨根思壮烈牺牲，美军再未能踏上小高岭。
在下碣隅里激战的同时，志愿军80师向新兴里美7师发起攻击。原本以为此处只有陆战一师一个营，战斗打响才发现是美31团“北极熊团”。80师指战员不为所动，坚决穿插。经过两天残酷拉锯战，80师在冻伤严重、后勤短缺的情况下击溃新兴里美军，击毙指挥官麦克兰团长和继任指挥官费斯，全歼31团，创造志愿军以劣势装备全歼现代化美军一个加强团的模范战例，美31团团旗至今陈列在军事博物馆抗美援朝展厅内。
此时下碣隅里美军濒临覆灭，陆战一师指挥部随时可能被攻陷。志愿军再次发起攻击，双方都表现出必死决心，战斗中志愿军弹药耗尽、伤亡巨大，未能攻下下碣隅里。11月30日，西线战场溃败消息传来，第10军军长阿尔蒙德飞到下碣隅里宣布向南撤退命令，史密斯却称陆战队向南进攻。12月1日凌晨，被围于柳潭里的陆战5团、7团向南突围，志愿军各防御阵地奋力阻击，59师175团2营一部全部牺牲在1419高地。应地面部队要求，美空军破例在夜间进行火力支援，这迟滞了志愿军进攻步伐，美军得以逐步向南撤退。
12月4日，美陆战5团、7团撤退到下碣隅里，21公里路程去时用59小时，回来却走了4天，还带回1500名减员。按照宋时轮计划，12月5日26军将向下碣隅里发起总攻，但因风雪、道路和地图问题，6日晚才到达，错失最佳时机，而4日下碣隅里美军兵力仅有两个排。
史密斯知道中国军队吃掉他的决心，北面志愿军两个军逼近，南面有5个师准备阻击，阿尔蒙德仅下达尽快南撤命令，但近5000名伤员拖慢了他的步伐。下碣隅里简易机场发挥作用，一天内所有伤员空运撤出，地面部队准备最后突围。突围前史密斯召开记者招待会，称这不是退却而是向南进攻。
6日清晨，美军在大规模空中掩护下从下碣隅里出发，7艘航母舰载机和美第5航空队的飞机轮番起飞，形成强大掩护火力网。沿途阻击的志愿军不顾头顶飞机，放过美军先头坦克部队，向中间步兵猛烈射击。志愿军顽强阻击使美军一天仅撤退5公里，姗姗来迟的26军抵达后与27军一同猛攻美军，喊杀声充斥山谷。美军士兵称这条山谷为“火炼鱼谷”，美军航空兵司令哈里斯将军之子哈里斯中校在南撤途中被击毙。
12月7日，美军撤退到古土里，18公里路程走了38个小时，损失661人。此时，南侧必经之路水门桥被炸毁。志愿军深知水门桥重要性，12月1日将其炸毁，但美军很快搭建木桥恢复通车，4日再次炸毁后美军又修复，6日第三次炸毁且炸断桥基，然而美军发挥强大工业能力，从日本空运材料，7日上午9时8架C - 119运输机空投桥组建，9日下午16时不到3天就在悬崖上架设起载重50吨的钢制桥梁。
此时，冻伤减员高达40%的20军仍顽强阻击。58师参谋长胡乾秀和174团政委郝亮牺牲，172团激战数日，战斗结束后美军发现阵地上50多名志愿军战士冻僵在壕沟里。驻守水门桥附近的60师180团一营2连多次打退美军进攻，但9日未还击，美军顺利逃脱，这让60师指战员愤怒，然而打扫战场时发现全连129名战士坚守阵地直至牺牲，成为“冰雕连”。像这样的“冰雕连”还有20军59师177团2营6连、27军80师242团2营5连，他们展现出伟大的牺牲精神。
12月11日，美陆战一师主力通过真兴里摆脱志愿军包围，朝鲜人民军收复元山切断美军南撤陆路，阿尔蒙德下令部队从兴南港沿海路撤出，美海军300余艘舰艇调至兴南港掩护登船。美军为不留下物资向兴南港倾泻大量炮弹和火箭弹，12月24日圣诞前夜，最后一艘运兵舰艇从兴南港撤离，这场悲壮艰苦的战役结束。
根据美军公布数据，陆战一师战斗减员4418人，重伤7313人。志愿军伤亡虽无确切公开数字，但27军战后非战斗减员就达1万人以上。即便如此，志愿军重创美军精锐陆战一师，迫使其进行惨烈的死亡撤退。第9兵团战后总结了经验教训，包括对作战环境研究不足、战斗准备仓促、地形道路侦查不清、26军南调过迟、兵团二梯队军使用不及时、缺乏对美作战经验和军事教育后勤工作组织不良等。
多年后，日本出版的朝鲜战争著作探讨中国军队勇敢战斗精神的来源，认为可能是共产主义信仰、对帝国主义的憎恶以及对正义战争的坚信。第二次战役结束后，稳步推进的志愿军和联合国军后续又会有怎样的行动，这成为新的悬念。
长津湖战役是一场英勇与坚韧的伟大战役，志愿军在极端恶劣条件下展现出无畏的牺牲精神，给美军以沉重打击，在世界战争史上留下浓墨重彩的一笔。
