美軍第31團級戰鬥隊的每個人都知道中國軍隊將在入夜後發動攻擊，但是，卻沒有人知道中國人發起攻擊的確切時間。
於是，全神戒備就成了每個人的選擇。
不過中國人似乎並不著急，他們沒有像預料中那樣天一黑就進攻。而兵力本就有些捉襟見肘的美國人自然也不會傻到主動出擊，所以整個戰場都呈現出一種詭異的平靜。
漫長的等待後，在晚10點，志願軍終於再度發動了攻擊。
當槍聲和爆炸聲響起時，守衛在陣地上的美軍士兵的第一反應都是長出一口氣。
這次進攻，詹大南集中了手頭的所有火炮，進行了一次火力準備，但由於彈藥不足，火力準備在5分鐘後就結束了。
炮火一停，志願軍238團和239團就分別從新興里東南和西南方向向美軍陣地發起了攻擊。
這一次，有了防備的美軍也終於見識到了志願軍的戰術。
首先，志願軍各連均投入一個排兵力，以班為單位，向美軍防線發動全面試探攻擊，以尋找美軍防線的薄弱點。在試探攻擊後，各連連長將當面美軍防線的情況上報營長，營長再上報團長。團長則根據情況，在留下一個營的預備隊後，向一個點或幾個點一次性投入兩個營的進攻兵力，以期撕開美軍防線。
戰至午夜，千瘡百孔的美軍防線再次被突破，238團和239團各有一部突入新興里美軍陣地，在新興里村內和美軍展開巷戰。
不過和第一晚不同的是，儘管陣地被志願軍突破，已經意識到自己再無退路的美軍仍然堅守在了自己的陣地上，拚死抵抗。
而且，志願軍基本依靠人力的通信聯絡手段在這瞬息萬變的戰場上也根本滿足不了需要。以至於突入新興里的各部隊到最後都是各自為戰。
相反，美軍則因為收縮防線，得以充分發揮第15防空炮兵營D連剩餘3輛M19雙管40mm自行高炮和4輛M16四聯裝.50英寸高射機槍車的火力。
當志願軍在豐流里江橋附近集結時，即遭到40mm高炮和.50英寸高射機槍猛烈交叉火力的攻擊，傷亡很大，進攻一度被迫中斷（戰後，美軍對此戰中M19雙管40mm自行高炮的表現給予高度評價，認為這是當時「最有效的武器」）。
當晚，再度出現了志願軍士兵在攻佔美軍陣地後，停留在美軍帳篷內烤火取暖，撿食美軍食物從而被隱藏美軍射殺的場景——缺衣少食的志願軍戰士們這時實在已經到了生理的極限，沒有人有資格指責他們！
眼見戰況激烈，突入新興里的部隊並沒能擴大戰果，周衛國向詹大南再度請戰，被詹大南再度拒絕。
這時的詹大南已經殺紅了眼，他無法接受作為華野主力的80師一個整師竟然奈何不了新興里兩個營（美軍31團3營和第57野戰炮兵營）美軍這一事實，於是向突破口投入了238團和239團的全部兵力（也許是因為242團不屬80師建制，也許是因為242團需要阻擊後浦方向美軍，總之，242團在28日夜裡並沒有被投入到對新興里美軍的進攻中去）！
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幾乎在新興里戰鬥打響的同時，240團也向內洞峙美軍發起了進攻，這次進攻，原本被抽調參加新興里方向進攻的240團2營回到了240團建制內，負責切斷新興里和內洞峙美軍之間的聯繫。
戰鬥開始後，240團1營首先奪取了制高點1249高地，3營則突破了美軍32團1營A連陣地，2營也控制了連接新興里和內洞峙公路兩側的制高點，並佔領了豐流里江橋。
志願軍迅速突入內洞峙，激烈的巷戰隨即展開。
午夜時分，內洞峙突降大雪，能見度陡然下降。美軍在苦苦支撐後，穩住了防線。
戰至凌晨2點，意識到很可能守不住防線的麥克萊恩上校命令32團1營營長費斯中校儘可能在天亮前將部隊撤至新興里。費斯中校隨即將撤退時間定在凌晨4點30分。
為了運送傷員，31團副官Hugh W.Robbins（休·羅賓森）少校下令將卡車清空。從卡車上搬下的東西堆成了一座小山，有人建議把這些東西燒毀，但因為擔心火光吸引志願軍的注意力，這一建議沒有被採納（有意思的是，這一細節卻被後世的美國人利用來為新興里之戰31團團旗被志願軍繳獲這一事實翻案。在美國人自己編寫的31團團史中，對團旗丟失的解釋是：團旗和國旗早在新興里之戰前幾個月就被某人放在某個箱子里被從日本運到朝鮮，而該箱子正好放在團部的某輛卡車上。在31團團部和32團1營自內洞峙撤退時，為給傷員騰空間，該箱子和其他很多東西都被團里的韓國兵從卡車上搬下。韓國兵沒有去整理搬下的這些東西，美國兵也沒人記得團旗放在哪裡。因為種種原因，這些搬下的東西都沒有被銷毀。美國人最後認為，中國軍隊一定是在箱子里找到了團旗並最終把它帶回了中國。這樣的解釋，恐怕連美國人民都不會相信！美國人一方面對北京中國人民革命軍事博物館展示的美軍第31團團旗表現得毫不在乎，另一方面卻又拚命粉飾歷史的做法，只不過是徒增笑料而已）。費斯中校則樂觀地認為團部將在24小時內重返內洞峙，所以下令只將所有無法開動的汽車拋棄而不是摧毀。
由於戰事激烈，撤退的命令並沒有及時傳達到32團1營的每個人，以至於有些士兵是在聽見大批汽車發動機空轉的聲音後，意識到部隊要撤退了，才趕上了撤退的車隊。
經過一夜激戰，240團已經失去了進攻開始時的銳氣，對內洞峙美軍的突圍也缺乏思想準備，所以32團1營的突圍異乎尋常的順利。
黎明前，32團1營車隊抵達31團重迫擊炮連陣地，隨後，重迫擊炮連和32團1營一起繼續向新興里撤退。
由於缺乏無線電聯絡，麥克萊恩上校並不知道新興里的戰況，他推測自己的2營已經抵達新興里，甚至計畫在天亮後率部重新向北發動攻擊。而此時，31團2營雖然已經登車向新興里進發，卻因為要給向古土裡的陸戰1團運送彈藥的車隊讓路而停滯不前，直到29日早晨才開始向北進發。
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新興里的激戰一直持續到29日拂曉，因志願軍238團和239團均傷亡慘重，詹大南不得不下令各部停止進攻，撤出新興里，重整建制。
由於傷亡過大，238團縮編為6個步兵連，239團也縮編為3個步兵連、1個重機槍連和1個迫擊炮連。
見到238團和239團慘狀的周衛國忍無可忍，憤而命令快反營電台操作員直接給兵團部發報，彙報了這兩日新興里戰鬥的詳情。
得知新興里戰鬥詳情後，志願軍九兵團經研究決定，急調赴戰嶺地區的81師241團參戰，圍殲新興里美軍。
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當32團1營車隊抵達豐流里江橋附近時，被240團2營設下的障礙物阻住了去路。
美軍車隊不得不停了下來。
車隊剛一停下，240團2營部隊就向美軍發起了攻擊。
費斯中校只好一邊指揮部隊反擊，一邊帶人搬開障礙物。
麥克萊恩上校則帶著指揮部登上了一座小山觀察戰況。
在小山上，麥克萊恩上校看見一大群人從南面向豐流里江橋跑來，邊跑邊開火。
而來自更後方第57野戰炮兵營的105mm榴彈炮炮彈則不時在這群人中炸開。
此時天色尚未大亮，在昏暗的光線下，根本就無法分辨將近兩公里外的這群人的衣著，但不知為什麼，麥克萊恩上校固執地認為這群人就是他的2營。而顯然，現在他的「2營」正遭受己方炮火的殺傷，麥克萊恩上校忍不住大叫：「他們都是我的人，他們在自相殘殺！」
為了制止發生在眼前的「自相殘殺」，麥克萊恩上校決定親自跑去和「2營」聯絡，於是，他命令跟隨在他身邊的第32團D連連長Erwin B.Bigger（埃爾溫·比格）上尉給費斯中校帶去他的口頭命令，命令的內容包括32團1營的駐地及費斯中校與自己會面的時間。
向比格中尉交待完命令後，麥克萊恩上校就獨自一人跑下小山（此點充分體現了美國人的個人英雄主義），通過冰封的豐流里江面跑向南岸。
比格上尉和費斯中校眼睜睜看著麥克萊恩上校消失在豐流里江南岸，此後再也沒有回來。（有關麥克萊恩上校之死，中美雙方各執一詞：中方認為麥克萊恩是在交火中被擊斃的；而美方認為，麥克萊恩是在29日早晨被中國人打傷後俘虜，並於12月3日死於戰俘營的長途行軍中，隨後被埋在公路旁的一條溝里，是第31團第二名死於戰俘營的團長。）
之後32團1營的作戰似乎並沒有受到麥克萊恩上校失蹤的影響。
上午9點左右，32團1營終於擊退了豐流里江橋志願軍的阻擊。
隨後，美軍車隊開始通過豐流里江橋