根据中央军委和志愿军总部关于坚决作战、争取全胜的指示，11日9时，第15军做出对537.7高地北山进行决定性反击的计划，决定以第12军第31师第92团全部，于11日19时半起，在榴弹炮10个连（50门炮）、火箭炮一个团（24门炮）和迫击炮20门的支援下，实施反击。同时，以第15军第87团和第12军第91团各一个排，向注字洞南山方向和在597.9高地以南积极活动，以为配合。当日16时，杨得志、张文舟批准了这一计划。
11日16时，第12军第92团两个连又一个排，在榴弹炮52门、迫击炮20余门和火箭炮一个团的支援下，分两路反击537.7高地北山。至17时，全部恢复537.7高地北山表面阵地，歼灭据守阵地的南朝鲜第2师一个营大部。当晚，坚守597.9高地的第93团以一个排向东北山腿第11号阵地发起攻击，经5分钟战斗全歼守敌，恢复阵地，至此，597.9高地表面阵地全部恢复并得到巩固。
12日，南朝鲜军投入第17团和第32团残部反扑，占去该高地两山腿的第7、第8、第5、第6号阵地，尔后双方继续争夺。14日，第12军将第93团两个营接替第92团，投入该高地战斗。至17日晚，7天中，第92团和第93团，击退南朝鲜军百余次反扑，歼敌2000余人，但南朝鲜军仍占据着第7、第8号阵地。
18日，第12军以第106团接替第93团，投入537.7高地北山战斗，此时，南朝鲜军重点放在争夺主峰东北山腿（第4、第5、第6号阵地）。第106团连续打退南朝鲜军的进攻，至20日，南朝鲜军已经无力进行营以上规模的攻击，改以一个排至一个连的兵力进行连续的小型进攻，但“联合国军”空军和炮兵的火力丝毫未减。志愿军决定减少兵力，发挥迫击炮和步兵火力予敌杀伤，并尽一切力量构筑地面和坑道工事。
11月25日，南朝鲜第2师南撤整补，其防务交南朝鲜军第9师接替，没有再向537.7高地北山进行反扑。
同一天，志愿军第3兵团首长决定，第15军第29师和第45师于28日至12月上旬，全部接替上甘岭地区的第12军防务，李德生的指挥所撤销。第12军部队交防后情况无大变化即行归建休整，至此，上甘岭战役宣告结束。
从10月14日至11月25日，“联合国军”发动的“金化攻势”在上甘岭这个不到4平方公里的阵地上，先后投入3个多师6万余人、300余门火炮、近200辆坦克，出动3000余架次飞机，发射炮弹190多万发，投掷炸弹5000多枚。志愿军也陆续投入3个多师40000余人，参战各种炮计有山炮、野炮、榴弹炮233门，火箭炮24门，高射炮47门，迫击炮292门，共发射35万余发炮弹。兵力火力之密集，在世界战争史上是罕见的。“联合国军”方面称此役是“继1951年'伤心岭’之后最大的一次攻势”,“以人与炮的比例来算，我们现在在这个战线上所用的大炮火力，与在德国胡特林根森林战斗中所有的火力相等，那一次是第二次世界大战中我军所进行的最猛烈的炮战”，他们还称“这是共军炮火最强大最猛烈的一次”。
参与策划这次进攻的美国军事专家悲叹道：“即使用原子弹也不能把狙击兵岭和爸爸山（指五圣山）上的共军部队全部消灭。”美联社从朝鲜报道说：“联军的军官们预算这是一次激烈的，但是典型的、有限的山头攻击，而这次战役实际上却变成了朝鲜战争中的凡尔登。”美国新闻舆论说：“美军的伤亡率达到一年来的最高点。”“金化攻势已经成了一个无底洞，它所吞食的联合国军军事资源要比任何一次中国军队的总攻势所吞食的都更多。”克拉克在其回忆录中得出的结论是：“我们死伤的人数8000以上，大部分为大韩民国之官兵，得不偿失，我认为这次作战是失败的。”
志愿军在上甘岭中创造了世界战争史上坚守防御的范例。上甘岭战役的胜利，标志着志愿军和人民军在整个正面战场完全掌握了主动权。此后，“联合国军”对在正面战线夺取战斗胜利已完全失去了信心，再也没有发动较大规模的地面攻势。南朝鲜官方战史承认：“在整个冬季，无论防御或进攻，主动权均被以优势兵力为后盾的敌人所夺去。”
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