经过将近一个小时的火力压制，精准的打击让英军察觉到我军可能有坦克参战，于是将这一情报传达给了美军，并要求美军空军以我军坦克为主要打击对象。尽管我军的坦克进行了伪装，但炮口的火光还是引起了美军的注意。
敌机接连不断地分批次俯冲而下，向我军坦克阵地投下50多枚凝固汽油弹，顷刻间，坦克阵地陷入了一片火海。然而，面对美军的猛烈空袭，我军绝不甘于被动挨打，立即派出高射炮组建防空分队，展开了强有力的反击。
三个高炮营和高机营的高射炮、高射机枪同时对空开火，敌军多架飞机受到重创，其中三架当空炸裂，其他几架冒着黑烟坠落地面，变成了火球。仅剩的几架还能飞行的飞机也匆忙投下炸弹，慌乱撤退。此时，阵地上大火开始蔓延，我军的三辆坦克被凝固汽油弹溅射引燃。
此时大家来不及多加思索，只留下坦克上的炮手和装弹手继续对敌展开攻击，其余人员则用附近的泥土扑灭火势。经过奋力抢救，最终成功挽救了三辆遇险的坦克。下午四点，在我军强大的火力压制下，敌军上百个碉堡几乎被摧毁，我军也随即做好了进攻准备。
在炮火的强力掩护下，572团2营6连作为主攻的尖刀连，势如破竹，仅用了短短10分钟便突破英军阵地。此时，驻守在马良山主峰317高地的英军残部，尚在炮火的猛烈轰击中茫然不知所措，来不及组织有效防御，我军已迅速逼近，直杀到他们眼前。
与此同时，573团的尖刀连在216.8高地上也顺利完成了突破。尽管如此，驻守该阵地的英军尚有血性，面对突如其来的局面，他们纷纷装上刺刀，向我军发起了“白刃冲锋”。然而，显而易见的是，他们选择了错误的对手。经过半小时的激烈交锋，216.8高地的英军最终全军覆没。
直到晚上7点，战斗才正式结束，我军成功从英国人手中夺回了阵地。然而，这并不意味着战斗的终结。在收复阵地后，我军立即着手抢修防御工事，并根据之前的战斗经验，特别加强了反斜面坑道的建设。
此时英军已被我军彻底震慑，再加上夜幕渐渐降临，未能及时发起反击，这为我军争取到了充分的时间进行防御部署。
11月5日，天色刚刚破晓，美军的飞机便呼啸着从马良山我军阵地上空掠过，伴随着一波接一波的猛烈轰炸。英军第28旅配合一个坦克营，随即再次向我军阵地发动冲锋。然而，他们万万没有预料到，美军刚刚实施的几轮轰炸，丝毫未能对我军连夜加固的反斜面工事产生影响。当英军发起冲锋时，我军立刻以精准的炮火覆盖敌军，紧接着出动坦克，将尚未抵达我军阵地前沿的英军彻底击溃。
11月6日凌晨，这个早晨格外宁静，不再听到美军飞机的轰鸣声，也没有了震耳欲聋的炮火声，甚至连英军冲锋时的喊叫也消失无踪。然而，到了下午，英军第28旅又组织了几次进攻，但最终依旧以失败告终。
马良山反击战不仅是志愿军入朝后少有的几次“富裕仗”之一，更是志愿军进入朝鲜战场后首次组织步兵、炮兵、坦克和工兵等兵种协同作战的战役，标志着我军作战水平初步进入现代化战争的阶段。
在工兵、坦克、防空部队和地面炮兵的支援下，第191师的三个营仅用了四个小时就成功收复了整个马良山阵地，并击退了敌军援军的反扑，顺利巩固了阵地。此次战斗，志愿军共毙伤美英军1701人，俘虏46人，击落敌机14架，击毁坦克6辆。
尤其值得一提的是，一辆编号为402的志愿军IS-2重型坦克，在此次战役中单车摧毁了敌军6个地堡，并俘虏了10名敌军，凭借这一战绩成为志愿军坦克的代表，甚至被国外游戏收录，成为中国装甲兵的“形象代言人”。
从此直到停战协议签署，联合国军再也没有靠近过马良山。英军在这次战斗中遭受了极大挫折。在一个多月的战斗中，64军191师以1700人的伤亡代价，成功歼灭了美军、英军和澳大利亚军队共计4400人，击落敌机14架，摧毁坦克6辆。
志愿军总部致电嘉奖第64军：
“敌军此次进攻你们部队，遭遇重大损失，而你们以英勇顽强的作战精神，在付出极少伤亡的情况下取得了辉煌战果，充分展现了你军在炮火组织和指挥上的进步。希望继续认真研究，以求每次战斗都能再进一步，预祝你们取得更大的胜利。”
10月18日，美军在西线的进攻宣告停止。
志愿军随即宣布，西线美军的攻势已被彻底击溃。
李奇微认为，虽然美军的进攻遭遇到了与第2师在东部地区所面临的同样顽强抵抗和频繁反击，但他们仍在10月19日成功抵达并占领了预定目标，建立了“詹姆斯敦线”，即“堪萨斯线”的一个新突出部，同时解除了敌军对铁原至汉城铁路线的威胁。通过这次西线进攻，美军感到中国军队比以往任何时候都更加重视坚守阵地。
美军的战史中记载：
“突击队”行动期间，中国人对制高点的守备极为重视。他们从传统的机动防御体系逐步转向了坚固的防御模式。
这种变化表现在深度掩体、复杂的堑壕网络，以及在前线阵地大规模储备食物、物资和弹药，显示了他们企图死守阵地的决心。当骑1师试图突破主要防线时，中国人迅速调动大量新生预备队，不惜耗费储存的炮弹，拼死防守阵地。
直到人员伤亡惨重，弹药几乎耗尽，他们才被迫撤退，骑1师这才最终占领了“詹姆斯敦”作战线。这种经历充分反映了志愿军作战方式正在发生的转变。
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