经过一个小时的拖延，美军F连最终决定发动进攻。20时30分，美军右翼的第三排成功占领了453高地，发现志愿军的阻击部队已经撤退。
尽管第三排成功占领了453高地，但他们并未向前推进去救援前方被围困的美军，而是选择等待第一排的到来。晚上21时，一名美军医务兵从包围圈中逃出，声称被围的美军已经有四分之三的人员伤亡，他此行是为了寻找车辆和药品。然而，这实际上是个谎言。美军在空袭后通过空投得到了弹药和药品，美军战史中得意地提到：“C连无视中国人，成功取回了所有空投的物资。”
左翼一排终于在22时30分出现，据称是“因道路难走”所致。
一排到达山顶后，泰瑞尔决定继续推进展开救援。琼斯排则全力射击并发射炮弹，缓慢推进。23时，F连终于接近被包围的美军阵地，但他们却发现此处已无中国军队。
此时，7连和9连已奉命撤离战场。
最终，美军巡逻队共60人遭遇伤亡和被俘，其中48人被俘，16人阵亡，30人受伤。被俘的两人中，斯塔伊幸存，而佩特拉塞维奇不幸遇难。
这场战斗原本计划伏击进入茂村的美军，然而，局势突变，9连连长魏思福果断决策，立刻率部队出击，并迅速派出一个排占领453高地，成功切断美军的退路。尽管9连在实际作战中几乎没有取得歼敌的具体战果，却成功围困了美军的巡逻队。
因此，125师师史中提及此战时只提到9连，而没有提到7连。7连在随后仓促的出击行动中，虽然表现得十分勇敢顽强，但由于组织不力，未能消灭被包围的美军，战果不甚理想。至于在天黑后撤出战斗，显然是上级的决定，推测可能是美军航空兵的近距离空中支援及地面战斗给志愿军造成了较大伤亡，因而决定不再进行夜间作战。
美军在战史中对这场战斗的描绘是：在激烈的近战中，第3营在防守过程中遭受了巨大的损失。尽管如此，美军凭借密集的炮火支援以及超过80架次的空中打击，最终成功迫使中国军队撤退。
第125师在这场战斗中遭遇了严重损失，三个团（373团、374团、375团）合计有3600名士兵阵亡，这迫使他们在2月1日退出了战斗。而与此相比，美军的伤亡人数仅为56人。
这是一场朝鲜战场上相对冷门的战斗，虽然规模不大，但对于屡战屡败、士气低落的美军来说，却起到了提振士气的作用。因此，双联隧道战斗成为美军在朝鲜战争中的标志性战役之一。美军将其与军隅里战斗、长津湖战役、砥平里战斗和“伤心岭”战役等着名战役相提并论，作为典型案例进行研究，由此可见他们对这场战斗的高度重视。
当志愿军即将发动进攻时，驻扎在横城和砥平里的美军与韩军，已在整个战线形成了孤立突出的态势。驻守这两个突出部的分别是美军第2师的一部分及韩伪5师和伪8师。
美军第2师原本隶属于第9军，在第二次战役中于军隅里和龙源里一带遭到志愿军的沉重打击。根据美军的战史记载，仅在11月25日至30日间，该师的战斗伤亡人数就达到了4500人，其中包括237名军官。
按当时编制计算，这一伤亡数字占全师总人数的三分之一。若再加上非战斗伤亡，全师减员总数达到8662人，超过了全师总额的一半。更为严重的是，武器装备的损失也相当惨重，共有64门火炮和上百辆汽车被毁或遗弃。
美军战史指出：“这一数字明确显示，第2师已无作战能力。”
在遭受重创后，该师主力曾一度撤退至三七线附近的堤川进行休整，并转归第10军指挥。在第三次战役期间，该师被调往原州负责防御任务。期间，第10军军长阿尔蒙德以该师训练水平欠佳和非战斗减员率过高为由，要求李奇微撤换师长麦克莱尔，改由军参谋长克拉克·诺夫纳接任。
实际上，麦克莱尔刚刚接替因清川江战役惨败而被免职的凯泽，担任第2师师长才一个多月。诺夫纳接替麦克莱尔，意味着第2师在不到两个月的时间里已经更换了两位师长。
“围捕行动”开始时，第2师按照团和营的编制组建多支队伍，以威力侦察为前锋，行进在中线美军的前方。
2月2日，该师一部抵达横城，3日又推进至砥平里。在它的东侧，是沿着横城至洪川轴线向北推进的韩军第5、第8师，及美军第2师第9团组成的支援部队。
2月7日，韩军第5、第8师在美军两个营的配合下，继续向前推进，逐步抵达横城以北和以东地区。而驻扎在砥平里地区的美军则保持原地未动。
在志司的密切关注下，这一动向至关重要，因为它涉及到中线、东线反击时机的掌控以及首战目标的确定。
在第四次战役初期，志司曾先后提出两个作战方案：一是由第42军从砥平里南部进攻骊州，二是让人民军第2、第5军团进攻横城。然而，由于担心面对的敌军力量较为强大，无法在短时间内取得战斗胜利，最终这两个方案均被取消。
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