此时，美军决定撤退，再次由柳潭里向下碣隅里增兵一个团保障指挥部的安全，并想营救被围于新兴里的美军第31团级战斗队，而同时志愿军发现被围美军已远远超过了预计，急调26军主力日夜兼程南下，加入到长津湖围歼部队序列中来。
29日白天，美军航空兵在新兴里空投大量粮弹，接走大量伤兵。上午9时30分，下碣隅里的美军再次向新兴里发起攻击，遭阻击未果。
30日晚，志愿军27军以4个主力步兵团向新兴里之美军第31团发起攻击。战至12月1日拂晓，美军阵地彻底崩溃，指挥官下令毁掉重全部装备和补给品，在大量飞机的掩护下，向南突围。
至下午13时，美军第31团级战斗队在40余架飞机的掩护下，突破志愿军阻击阵地，向南撤逃；但在新？里再次被阻住，一部分被歼灭，一部分残部继续向南逃窜，被志愿军再次包围于后浦、泗水里等地，当夜被完全歼灭，并缴获团旗。
新兴里之美军第31团级战斗队被全歼的消息极大地震撼了美军总参谋部。次日，东线美军开始全线后撤。
12月1日，已进至惠山、清津的美军和韩军开始向咸兴后撤，位于柳潭里的美军也以飞机坦克为掩护，猛攻志愿军59师阵地。志愿军各阵地在缺衣少弹的条件下苦苦坚守。
志愿军总部一边急令26军南下增援，一边集中兵力各个歼灭被围于各地的美军。
2日拂晓，志愿军27军和20军59师完成对柳潭里美军2个多团兵力的包围。
3日，被围美军在50多架飞机的掩护下，以坦克集群开路，猛攻59师守卫阵地。下碣隅里的美军也以一部向西攻击，接应柳潭里的美军突围。
志愿军59师腹背受敌，伤亡太大，半数以上的连队几乎全部打光，粮弹供应不上，阵地再次为美军突破。可好景不长，志愿军81师243团迅速补上了59师缺口，再次截断西逃的美军队伍，将柳潭里之敌大部逼回。
3日夜，几个包围点的志愿军再次发起攻势，未果。
4日上午，被包围在柳潭里和下碣隅里的美军再次对志愿军阵地展开猛攻，双方反复争夺阵地。
可美军攻击太过于猛烈，而81师主力又姗姗来迟，志愿军守卫之243团全部24个连队几乎全部打光，阵地被再次为美军所攻占。这一次，美军毁弃所有重装备，所有残余部队逃至下碣隅里。
5日上午，美第10军急调飞机，迅速将陆战1师的伤员全部空运完毕，美第1陆战航空兵也倾巢出动，对志愿军沿公路沿线目标昼夜轰炸。
志愿军26军急速南进，但由于路途遥远、道路生疏，未能在5日晚之前赶至下碣隅里。
当26军准备在6日晚实施进攻时，下碣隅里的美军陆战1师主力在空运1000余名伤员后，于6日拂晓从下碣隅里突围南撤。
第20军部队对南撤之美军进行了层层阻击，可连日来志愿军阻击部队战斗及冻伤减员超过40%，特别是58师、59师，减员超过全师的70%，已无力抵抗美军空地一体的火力打击。
7日，下碣隅里之美军再次突破志愿军阵地，至古土里地区。志愿军172团2个加强连顽强作战阻美军于隘路，在全部阵亡之时炸毁南撤之路上悬崖上唯一一座桥梁。黄草岭、真兴里地区之美军也北援而至。
此时第60师180团终于赶到，阻击北援美军于堡后庄地区。
8日夜间，此地气温骤降至零下40多度，当美军再次攻击隘路之时，守备在此志愿军一个加强连全部冻死。
美军当晚从日本紧急调集铺桥材料，直接用运输机将8套钢梁空运至该隘口，美军工兵非常出色，仅仅用了不到一天就架好了通向生命之路的桥梁。
美军继续向南撤退，与北援美军南北夹击至堡后庄志愿军之180团阵地。180团阻敌2日后大部冻战损失殆尽，阵地终为美军所突破。
至此，美军突破所有长津湖南部志愿军阻击部队，于12日同北援美第3师在五老里会合。志愿军9兵团各部队对美军展开追击，无奈冻饿疲惫的双腿怎么也赶不上有着强大的空军和地面火力掩护的美军机械化的钢甲车轮，只能眼睁睁看着其从咸兴、兴南地区由海上逃走。
美军离开咸兴、兴南之前将港口和来不及带走的物资全部炸毁。志愿军遂占领了这座空港――兴南港。
美陆战1师是美军的王牌部队，在二战中担任美军太平洋战场历次登陆作战的开路先锋，装备之精良，战力之强悍即使在美军各部队中也是首屈一指。但在长津湖一战，该师风光不在，全师减员超过40%，经历过此战役的美国军人亦把长津湖之战称作“陆战队历史上最为艰辛的磨难。”
志愿军第9兵团亦遭受重大损失。志愿军第9兵团战报损失近4万人，如果算上轻度冻伤和失踪，其实际损失应该不会低于5万人。此战后，该兵团12个师缩编为9个师，在元山以北休养了三个多月才慢慢恢复了元气。相比之下，美陆战1师仅用了一个多月又重新出现在第四战役的全线反击战之中，比志愿军第9兵团提前了二个月恢复了战力。
至此，东线战事结束。战役历时整整一个月，志愿军战线向南平均推进了40-60公里，前锋逼近38线。联合国军伤亡36000余人，其中美军24000余人；志愿军战斗伤亡30700余人，冻伤5万余人。
中国军队几乎是一战成名，英国牛津大学战略学家罗伯特？奥内尔这样评价这次战役：“中国从他们的胜利中一跃而成为一个不能再被人轻视的世界大国――如果中国人没有于1950年11月在清长（清川江长津湖）战场稳执牛耳，此后的世界历时的进程就一定不一样！”
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