为准备这次战斗，第27军军长彭德清下令全军抽调、集中弹药，保障新兴里前线。因而，志愿军在总攻发起之时，历尽千险，以骡马牵引9门75mm野炮和400发炮弹进入了新兴里战场，为步兵冲锋进行了足足40分钟的炮火准备。
这是长津湖战役打响以后，志愿军最强的一次炮火急袭。
最初，第27军配属炮16团，有9门105mm榴弹炮和18门75mm野炮赶往长津湖战场。
然而，牵引火炮的骡马不知空袭危险，每遇险情总是躲避不及，为此使得炮团沿途遭到美军空袭，人员、骡马伤亡极大，最后，只有9门野炮如期赶到了新兴里战场。
总攻开始，随着火炮急袭，弹道暴露，为避免对方火力袭击，炮兵完成炮击就应该尽快转移阵地。
可是，因为志愿军炮16团沿途行军，骡马伤亡极大，缺乏牵引畜力，难以及时转移，而后，炮16团在撤退之时遭遇了美军空中火力急袭，损失极大。新兴里激战以后，在后续的长津湖战役期间，第27军的有限炮兵战力几乎全部耗尽，再无炮袭美军作战。
不过，美军方面却不知志愿军炮兵的具体情况。
当时，志愿军大炮神奇出现地势极为复杂的新兴里战场，并且实施了长达40分钟的较猛烈的炮袭，不仅对美军费斯特遣队却是极大震慑，同时，这场炮击也误导了阿尔蒙德和史密斯等人对志愿军战力和战场情况的重新判断。
随着志愿军第9兵团10余万人陆续投入战斗，阿尔蒙德、史密斯对于长津湖战况判断更为谨慎。史密斯担心志愿军会加强炮火和其他技术武器、重武器的投入，更是谨慎要求费斯特遣队寻找战机，尽快自行突围、撤退。
然而，炮火准备结束，志愿军旋即向新兴里发起了总攻，美军全无撤退战机。
这个深夜，又一场激战开始了。
瞬间，激昂的军号、刺耳的哨子和狂暴的呼喊，夹杂着铺天盖地的爆炸声、枪炮声，犹如狂潮漫卷新兴里村落和四周原野。
前几日，第80师曾与美军数次激战，伤亡惨重，深知美军战力强劲远超国军。因而，他们再与美军交手，不敢轻敌，在得到兵员、弹药补给，再次进入战场，即非常谨慎发起进攻，多是老兵带领新兵，分散突击，阶段跃进。
不过，第81师第241团却是才上新兴里战场，首次与美军交战。
第241团急于求战，不知美军火力凶猛，因而战事一开，即在发起第一波次的冲锋时候，投入2个营7个连兵力，全部沿公路及路边沟壑、山坡展开，向新兴里村落发起波浪冲锋。这时，美军哨兵发射照明弹和阵地前绊发照明弹交相腾空，此起彼落，映照新兴里如同白昼。
新兴里村落正面狭窄，背靠山地，本来就极不利于步兵冲锋。
就此，第241团的冲锋官兵一旦暴露旷野，遭到美军M19双联装40毫米自行高射炮和其他明暗火力居高临下的直瞄射击、迎面拦截。
激战数十分钟，第241团伤亡惨重，战力减半，攻击停滞。不过，美军终究连续疲战，急于撤退，火力也较以前减弱太多，尤其美军自行高射炮因为弹药不足，只能单炮点射，火力锐减。
因此，美军虽然全力火力遏制了第241团攻势，战至子夜以后，向东南方向进攻的志愿军第238团却趁虚而攻，分路跃进、穿插，首先撕破了美军环形阵地，冲入新兴里村落纵深。
而后，志愿军与美军在新兴里村落里面逐房争夺，展开近战。
志愿军第238团分路穿插进攻，猛然靠近贴身近战，一时之间，使得及不习惯近战、夜战的美军阵脚大乱，十分被动。
夜战近战，美军既无夜航飞机助战，也无远程炮火支持，甚至反制步兵冲锋的最强武器自行高射炮和自行高射机枪均是无法使用，因而，美军只得不断收缩兵力，被动遮挡志愿军攻势。
战至12月1日黎明3时，志愿军第239、第240团第一梯队冲锋部队顺势强攻，分路突击，相继打开了美军环形工事的多个突破口。
这时，美军新兴里环形防御阵地已经被多点突破，美军几乎全面崩溃。
然而，志愿军连续攻击到最紧要关头，因伤亡与弹药消耗极大，攻击力持续减弱，虽然激战打乱了美军阵脚，却始终无法一击决胜。
新兴里村里村外，地形破碎，沟壑分割，非常不利于大规模步兵展开。
不过，志愿军装备落后，无法以火力压制美军，只得以步兵投入狭窄战场，添油加兵，轮番冲锋，凭借官兵顽强战斗精神，强攻撕破新兴里美军防线。
如此冲锋艰难，使得志愿军第一梯队冲锋多点击穿美军环形防御，却因自己伤亡过大，弹药消耗太大，也就逐渐失去冲击力。尤其因为志愿军弹药保障不力，以及迫击炮弹供应困难，包括极寒天气使得大多数迫击炮弹无法使用等等限制，使得志愿军以步兵冲锋虽然夺得并且控制了新兴里四周高地，却无法以有利地形对美军予以炮火打击。
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