由于美军增援速度的快慢直接影响攻击准备时间的长短，邓华命令各军、师部队：白天要加强伪装和隐蔽，阻援部队必须时刻做好战斗准备。同时，派遣小分队携带报话机潜伏在公路附近，侦察敌情并及时汇报。邓华还指示，所有电台和报话机必须全天24小时保持开机监听，防止漏接下级的报告。
不久，一个重大情况上报：美军第1骑兵师的“柯罗姆贝茨特遣队”当天清晨推进至砥平里南约6公里的曲水里。随后，该部队以23辆坦克组成装甲纵队，在航空火力的掩护下，突破了第42军第116师和第39军第126师的重重阻击，并于当日黄昏突入砥平里，与第23团战斗队成功会合。
有情报显示，来自骊州的韩军第6师和英军第27旅的先头部队正向砥平里推进。与此同时，西线美军第9军的各个部队已在骊州和长湖院里一带构筑了防御纵深，中线的美军第10军也在原州和武陵里一线建立了新的防线。
砥平里敌军实力增强，攻克难度进一步提升；与此同时，美军东西两线在原州、骊州地区的新防线已然构筑，借助横城反击战所打破的缺口向敌方侧翼和纵深推进的有利时机也随之消失。
15日下午14时30分，邓华发出停止进攻的密语代号，并立即起草电报发往各军、师单位，明确指出敌情发生了重大变化，决定停止对砥平里的进攻。各部队当夜撤出战斗，向北转移。这一决定同时上报给彭德怀和志愿军司令部。
志司对砥平里之战的得失，以及此战对整个战役进程的影响进行了全面分析，指出在美军完成部署调整的情况下，即使15日夜间能够解决砥平里的问题，从全局来看也已经慢了一步，难以迫使敌军撤退。
要实现既定的战役目标，必须从根本上动摇敌方的进攻部署，不仅需要尽早歼灭砥平里的敌军，还需击溃并歼灭相当数量的援敌，使志愿军主力及时推进至长湖院里以南区域。然而，在当时的情况下，实现这些目标面临诸多困难。
攻打砥平里由于增加了准备时间，不得不推迟到16日黄昏才能发起，而阻击援敌也难以取得预期的歼灭效果，志愿军主力南下至长湖院里的行动更是难以达成。因此，在收到邓华关于撤出砥平里战斗的电报后，志司于17时30分立即回复，表示同意他的决定。
18时30分，邓华致电彭德怀、洪学智和解方，同时通知金雄和韩先楚，汇报停止对砥平里攻击后的部署调整情况。
根据时任志司作战处副处长杨迪的回忆，邓华在下达停止进攻和部队转移命令时，心情颇为不安。他担心志司可能不同意他的决定，并作出其他安排，这样一来，部队将不得不再次进行部署调整，势必增加行动的难度。直到收到彭德怀的复电，邓华才终于松了一口气。
关于停止对砥平里的攻击，战史研究者的观点存在分歧。有些人认为，即便美军的装甲增援部队已经成功进入砥平里，这并不代表原定的歼灭目标无法实现。
当时，美军第9军的其他两支援军都被阻挡，原州方向的第10军也无力进行强有力的反击。此时，志愿军已在砥平里地区部署了充足的兵力，经过充分的准备，完全有信心一举歼灭砥平里的敌军。然而，就在总攻发起前的几小时，邓指下令撤出战斗，导致砥平里攻坚未能成功，实在令人惋惜。
客观来看，当时的局势决定了停止攻坚的利大于弊。即便攻下砥平里，也难以对整体战局产生显着影响，何况继续攻坚无疑会加大伤亡，为一场局部战斗付出过高的代价，最终却无法对全局产生实质性帮助。因此，放弃这样的战术成果是合理的选择。
2月16日拂晓前，砥平里进攻部队陆续撤出战斗。与此同时，前出至原州附近的志愿军也开始转移，向砥平里以北的龙头里至横城一线及洪川以南区域集结。
战后，357团团长孟灼华哭着向上级报告：毙伤美军800余人，自身伤亡1830人。
砥平里攻坚战的失败带来了深远的影响。李奇微在其回忆录中提到，美军打过许多硬仗，但没有一场比砥平里战役更具“巧妙、英勇与顽强”。
在这次战斗中，美军投入步兵第2师第23团、第1游骑兵连、第37炮兵营（105榴弹炮）、第503炮兵营B连（155榴弹炮）、第82自动高射武器营B连、第2工兵营B连，坦克一个连，第2医疗营1个排，法国营（配属韩军1个连），共计约6000人。这样的阵容，已经算是一个超级团战斗队。
美军第2师本来就是朝鲜战争中美国陆军最强的一个师，是美国陆军第二王牌部队，仅次于在欧洲的第1师。美军第2师前几次作战后，新补充进去的人员中，大量是参加过第二次世界大战的老兵，另外美军第10军还给第23团配属了法国营1020人，全是有经验的老兵。
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