投入攻擊的6個團共有1萬餘人，支援炮兵只有3個連，每門炮只有20—30發炮彈，火力處於極大劣勢。
13日17時30分，40軍119師和42軍126師攻擊部隊在敵情不明、準備倉促的情況下，義無反顧地投入了攻擊。如此所述，志願軍認為砥平裡之敵只有野戰工事且有較大可能動搖撤逃，所以志願軍對該敵採取了對倉促轉入防禦之敵的急襲方法進行攻擊。由於沒有充足的火力支援，我軍的攻擊手段基本限於步兵的波浪式衝擊和少量的小口徑迫擊炮射擊。我軍戰士完全是在用自己的血肉之軀不斷地撲向敵人的火牆。在砥平裡漆黑的雪夜裡，中國士兵的勇猛精神進發出了耀眼的光芒。
119師356團前衛於16時30分到達363高地，未發現敵人，該團主力集結後於18時向砥平裡逼近，到達319高地仍未發現敵人，遂以2、3營沿鐵路向砥平裡搜尋前進，2lB寸到達新岱垡、望美山、馬山一線高地。在這裡與敵接觸，356團發起數次攻擊均告失利，至天亮轉入防禦，鞏固既得陣地。359團距砥平裡很遠，17時從龍頭裡東南溝出發，經6小時開進於23時到達505．5高地。又經過1小時的集結準備，到24時才以1營經平章從228高地北山腳發起攻擊。經過1小時激戰，攻佔該高地東北一線無名高地。到拂曉前，先後三次組織攻擊228高地均未得手，部隊傷亡很大。14日1時，359團以3營由平章向南直插鐵路東側，因地形不利和遭敵炮火殺傷，又於2時改變計劃，配合1營向北攻擊228高地，三次攻擊失利後，遭受嚴重傷亡。至天明，359團只得轉入防禦。357團於17時30分由望陵裡開始接敵。19時，1營進至廣灘裡後，發現敵已收縮防禦。為不讓敵人跑掉，隨即展開兩個連，沿公路和廣灘裡東南山腳向敵逼近。20時30分進至鳳尾山前與敵接觸，1營立即向鳳尾山猛撲。此時，3營也在1營左翼展開兩個連，協同1營攻擊鳳尾山西山腳。357團連續向鳳尾山攻擊三次，因敵火力猛烈和戰術錯誤三次攻擊全部失利，傷亡很大，僅攻佔了鳳尾山北山腳。119師指揮的375團在透過401．1高地後，因通訊聯絡不暢（幾乎全靠徒步通訊）與師失去聯絡，未能參加當天戰鬥。42軍126師3個團倉促上陣，攻擊一夜，與119師情況類似，亦未取得明顯戰果，徒增傷亡。
我軍發起攻擊後，美軍23團立即動用全部火炮（榴彈炮24門、坦克炮21門和迫擊炮51門）對環形陣地周圍進行其極為擅長的彈幕攔阻射擊，並以5分鐘1發的速度發射照明彈，對前沿步兵進行照明支援。身穿棉衣的我軍戰士，在地面積雪映襯和空中照明彈的照射下，成了敵人前沿自動武器射擊的極好目標。13日夜至14日黎明，第23團每門火炮平均發射250發炮彈，總計在24400發以上。與此相對照，我軍由於炮少、彈藥少，即使按敵方記錄，也只發射了300餘發炮彈。在敵人猛烈的炮火和前沿密集的自動火力下，志願軍前仆後繼，連續衝鋒，遭受了嚴重的傷亡。雖然在當夜給了美第23團相當地殺傷，擊傷了其團長弗里曼上校，擊斃了該團後勤主任，但在環形陣地的任何一處，均未完成突破，只得暫停進攻。
沒有趕上13日17時30分開始攻擊的39軍115師（兩個團，即343團和344團），因距離過遠，趕到砥平裡時已是2月14日凌晨，115師到達砥平裡以南的望美山、望月裡、北山裡、農皋、石谷裡地區，完成了對砥平裡之敵進攻的準備。而這時，砥平裡周圍其他方向槍炮聲已歸於沉寂一119師和126師上半夜的攻擊已受挫而停止了進攻。在沒有其他部對配合且已天亮的情況下，115師只得轉入防禦。
14日拂曉，志願軍攻擊部隊全線轉入防禦。對於敵人而言“中國人的月亮”的消失也給自己帶來了行動自由。日出後，美軍的戰鬥轟炸機對我軍陣地進行子3次轟炸，並對砥平裡實施了空中彈藥補給。
14日下午，李奇微得知美軍第38團13日增援砥平裡受阻後，由於第10軍再也無兵可派，只得命令第9軍派兵增援砥平裡。第9軍軍長穆阿少將派出集結在驪州南側的軍預備隊一騎1師騎兵第5團增援砥平裡。17時，該團渡過漢江，到達曲水裡南2公里的茂村。此時，騎5團除隸屬的3個營外，還配屬2個炮兵營（36門炮）、1個工兵連、第70坦克營A連的2個排（裝備M4A3中型坦克）、第6坦克營D連（裝備M一46中型坦克）。由於曲水裡南的橋樑被炸壞，騎5團只能停下來，掩護工兵連連夜修橋。除了騎