当天下午，志司便向各部队下达了特殊指示：＂停战在即，但战备不可松懈。各部队要保持高度警惕，严防敌军趁机发动突然袭击。＂这个指示通过电报迅速传达到了各个战区。
在前线，志愿军第15军按照指示，立即开展了一系列准备工作。第15军参谋长张国华组织各团进行了紧急部署，将重要火力点分散隐蔽，同时在各个阵地构筑了备用工事。驻守在金化以北的部队按照命令，将重要武器装备转移到了预先设置的备用阵地。
这些准备工作在美军发动突然袭击前就已经完成。
当美军的炮火覆盖志愿军主阵地时，大部分武器装备和人员已经转移到了安全地带。一位当时在现场的志愿军战士李德山回忆说：＂我们早就接到了转移的命令，当时觉得指挥部太谨慎了，现在想来，正是这种谨慎救了我们。＂
志司的预判完全正确。在停战前夕，志司就专门派出了侦察小组监视美军动向。侦察小组发现美军阵地异常活跃，大量炮兵在调整射击诸元。这些情报及时传回了指挥部，为后续应对赢得了宝贵时间。
在美军开始轰炸后，志愿军各部队严格执行了＂隐蔽防御＂战术。第15军的重机枪和迫击炮阵地采取了分散部署，即使美军的炮火再猛烈，也无法同时摧毁所有火力点。通讯员们则利用预先埋设的备用电缆，保证了指挥系统的畅通。
当时担任排长的张志远在战后的回忆中提到：＂美军的炮弹像下雨一样落下来，但我们的准备工作做得很充分。每个战士都知道自己的位置，都清楚该怎么做。＂
在整个轰炸过程中，志愿军展现出了极强的战场纪律性。即使在如此密集的炮火之下，各部队依然保持着严整的战斗队形，没有出现任何混乱。这种高度的组织性，为随后的反击战打下了坚实基础。
第15军军长秦基伟通过电话向各团下达了明确指令：＂等待反击命令，未经允许，任何部队不得擅自还击。＂这个命令得到了严格执行，使得美军误以为己方的轰炸取得了预期效果。
当美军的炮声逐渐平息时，志愿军各部队已经完成了反击准备。大量火炮悄无声息地调整了射击诸元，只等总部一声令下。此时的时间是21时44分，距离停战协议生效还有16分钟。
21时45分整，志愿军总部发出了反击命令。一声令下，原本寂静的志愿军阵地突然爆发出排山倒海的怒吼。数百门火炮同时开火，形成了一道密集的火力网。这次反击行动由志愿军第15军主导，同时配合了邻近的第12军和第20军的部分火力支援。
志愿军的反击火力主要由三个部分组成。
第一梯队是由122毫米榴弹炮群构成的远程火力打击，负责轰击美军的指挥所和后勤补给线。第二梯队由76.2毫米山炮和57毫米反坦克炮组成，专门对准美军的炮兵阵地。第三梯队则是由大量迫击炮和重机枪构成的近距离火力网，重点打击美军的前沿阵地。
这场反击的特点是火力集中、精准打击。志愿军炮兵部队早已掌握了美军重要据点的精确坐标。在第一轮齐射中，就有多个美军炮兵阵地被直接命中。美军第一军团的火力指挥中心遭到了严重破坏，导致他们无法有效组织防御。
当时在现场的志愿军炮兵连长王继福回忆说：＂我们的第一轮齐射就打得很准，美军的炮兵阵地上腾起了一片火光。他们显然没想到我们能这么快做出反应。＂
反击开始后的第五分钟，志愿军调整了火力分配。第15军的重炮群开始对美军的纵深阵地进行覆盖性轰击。这次调整让美军的后勤补给线遭到了严重打击，多个弹药库被引爆，照亮了整个夜空。
在反击进行到第八分钟时，美军开始组织零星的还击。但由于指挥系统受损，他们的炮火显得杂乱无章。相比之下，志愿军的火力却始终保持着高度的协调性。第12军的炮兵群适时加入战斗，形成了交叉火力，进一步加大了对美军的打击力度。
第十分钟时，战况达到了最激烈的程度。志愿军的炮火覆盖了美军近3公里纵深的阵地。据美军后来的统计，仅在这一分钟内，就有超过2000发各种口径的炮弹落在他们的阵地上。美军第一军团的通讯系统完全瘫痪，各部队之间失去了联系。
在最后的五分钟里，志愿军的火力仍然保持着惊人的密度。第20军的火箭炮部队也参与了战斗，形成了第四道火力网。美军在这最后的时刻遭受了最为猛烈的打击。他们的许多工事被摧毁，装备遭到严重损失。
21时59分，距离停战协议生效只剩下最后一分钟。志愿军总部下达了停火命令。各部队立即执行，火力逐渐降低。但直到最后一秒，炮声才完全停息。当22时的钟声响起时，整个战场重归寂静。
这场持续了十五分钟的反击战，给了美军一个深刻的教训。根据后来的战损统计，美军在这短短的十五分钟内损失了数十门大炮，多个指挥所和弹药库被摧毁，伤亡人数超过300人。相比之下，由于预先做好了防护准备，志愿军的损失则相对较小。
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