正当9兵团展开歼灭战的时候，一场严寒袭击东线战场，气温骤降，战场积雪过膝，对部队指挥、联络、作战行动造成极大困难，冻伤减员也大幅度增加。宋时轮要到新兴里亲自指挥，陶勇副司令员认为，司令员统筹全局，不能离开指挥位置，于是他代替宋时轮来到了第一线。
30日23时，第80师、第81师主力从东、西、南、北四个方向同时向新兴里之敌猛攻，长津湖东岸顿时被战火硝烟笼罩。奇迹即将出现。激战至12月1日凌晨，敌人被压缩至狭小地域，陶副司令员根据兵团首歼新兴里之敌的作战方案，指示第80和第81两师：务求将敌全歼。
战至11时许，敌伤亡惨重，待援无望，遂于13时在40余架飞机掩护下，以10余辆坦克为先导，沿公路向南突围，第80、81两个师在敌机猛烈轰炸下迅速追击。敌人在南逃途中被歼过半，另一半大部企图乘汽车越过封冻的长津湖与湖西美陆战第1师会合，结果冰冻的湖面难以承受压力，全部塌落水中冻饿而死。小部残敌窜到后浦里、泗水里地区，被第81师阻击部队全歼。至此，“联合国军”美第7师第31团（加强团）全部被歼。
