1950年11月1日23時，雲山地區的戰鬥已經打了8個多小時。此時，雲山城外所有的高地都被志願軍收入囊中，雲山成了一座孤城。
此時，三十九軍終於知道，自己的對手不僅是美軍，而且是美軍的王牌，美軍騎兵第一師。
美軍騎兵第一師是美國建國時就組建的部隊。他在戰場上屢立戰功，因而威名顯赫。進入機械化改裝後，這支部隊雖然不再有戰馬，但是保留了騎兵的番號。這支部隊自組建以來從未吃過敗仗。
軍長吳信泉聽了非常興奮："吃肉碰到骨頭，怪不得火力這麼強，原來是美國人的王牌軍，繼續進攻，老子才是王牌。"
軍政委徐斌洲也激動了："我們軍出國第一仗就與美軍王牌交手，這是我軍的幸運。應該告訴戰士們，發揚三十九軍近戰夜戰特長和大無畏的革命精神，首先從氣勢上壓倒敵人！"
彭德懷得到報告也專門給三十九軍打來電報，電報只有一句話：
堅決消滅美軍王牌師！
吳信泉把主攻的任務交給了三十九軍的主力一一六師。一一六師師長汪洋叫來了預備隊三四六團團長吳寶光，對他說："看到腳下的雲山城了嗎？老子偏愛你們團，你團去主攻，別給老子丟臉！"
吳寶光一聽就樂得直搓手，"謝謝師長嘍，我要給他來個中心開花！"
回到團裡，他親自挑選了團裡的第四連作為尖刀連。他站在隊伍前大聲說："師長偏愛咱們團，老子偏愛你們連，不許戀戰，不顧一切衝進雲山城中心開花，為主力打開通路，不許給老子丟臉。"
四連指戰員們沒有辜負各級首長的希望。在夜色中，他們排成整齊的戰鬥隊形，毫無偽裝地向雲山城大搖大擺走去。這是連長的疑兵之計。
果然，美軍被迷惑了，以為這是一支敗退下來的南朝鮮軍部隊。
美軍士兵向四連的戰士們笑著招手，四連的一個戰士滿面笑容地走上前去與美軍握手。這樣，一個齊裝滿員的中國連隊，輕輕鬆鬆地邁過美軍嚴密設防的三灘川大橋，向美軍柔軟的腹部刺了過去。
一個美軍戰俘在回憶這段經歷時，心酸而又不無讚揚地說：
一個連的士兵縱隊沿著通往龍山洞的幹道上嚴肅而整齊地接近南面。警戒該橋的美軍士兵可能認為是南朝鮮軍隊，沒有查問就讓其通過了，因為他們是堂堂正正、十分嚴肅地過來的。
然而，這還只是美軍一連串心酸的開始。這個美軍戰俘在繼續回憶時又說：
縱隊通過橋之後一直在幹道上北進，不久就接近了營部，突然吹起了軍號，開始一齊向營部襲擊。
中國人胡亂開火，不斷向車裡扔手榴彈、炸藥包，車被打著了。可是指揮所周圍那些分隊在狐洞或隱蔽事裡呼呼大睡……
他們醒來時仗已經打響了……有人叫醒我後問，有沒有聽見一群馬在奔騰嘶鳴……轉眼間，我們的駐地就被打得千瘡百孔……
當我聽見遠方的軍號聲和馬蹄聲，我以為我還在夢鄉里。敵人彷彿騰雲駕霧，從天而降，人影模糊不清，他們見人就開槍，甚至用刺刀捅！
四連指戰員們一路猛衝猛打，從睡夢中驚醒的美軍還沒反映過來是怎麼回事就被殲滅了。
有個戰士氣鼓鼓地衝進美軍指揮所院裡，對著一群驚慌失措的美軍士兵大喊："老子才是王牌！服不服氣！不服氣再打！"說完對天空就是一梭子。
美軍士兵雖然聽不懂中文，但明白槍聲是什麼意思，連忙丟下武器，舉起了雙手。
一顆手榴彈飛進美軍的營部，美軍營長奧蒙德上校被炸成重傷，混身上下插滿了彈片。
隨著四連中心開花取得成功，三十九軍主力一衝而上，從四面八方衝進了雲山城。
三四八團神兵天降，一舉攻佔了西迂洞路口，封鎖了美軍南撤的通路。他們還攻佔了雲山機場。
凌晨時分，美軍第八團的戰鬥意志崩潰了，紛紛逃向深山，有的撒開腿向南沒命地跑，但是沒有跑多遠就被我軍截住猛打。
騎兵第八團即將覆滅，騎兵第五團進攻受阻。看到這些，美軍第一軍軍長米爾本和騎兵一師師長蓋伊坐不住了，親自到前線督戰。
上司臨陣指揮，騎兵五團約翰遜上校精神大振。他親自上陣指揮衝鋒，卻被一枚迫擊炮彈擊中身亡。
接到報告，米爾本軍長望著數公里外的志願軍陣地發呆了半晌，終於下令："我命令部隊放棄進攻，立即向南撤退。"
蓋伊師長大驚失色，想要爭辯幾句。
米爾本搖了搖手說："我明白你要說什麼，我和你們一樣痛恨這個決定，但我對此承擔責任，這是我一生中做出的最讓我心碎的決定。"
蓋伊師長哽咽著說："執行命令，讓第五團撤出戰鬥，願上帝保佑他們！"
這次戰鬥是中美兩軍第一次交手。在中國王牌軍三十九軍和美國王牌軍騎一師的決鬥中，三十九軍大勝。他們斃傷俘獲美軍1800人，擊落飛機3架，繳獲飛機4架，擊毀繳獲坦克28輛，汽車170輛，火炮119門。
這次戰鬥，是美國騎一師在其輝煌的軍史上第一次慘敗，其騎八團第三營被全殲。
11月6日，美國陸軍被迫撤銷了這個營的番號。
彭德懷獲知戰果後哈哈大笑說："從沒吃過敗仗的美國常勝師騎一師這回吃了敗仗，敗在我們三十九軍的手下！"
雲山之戰是中國軍隊首次以極端劣勢裝備打敗美軍的一個模範戰例，它被日本陸軍自衛隊幹部學校專門收入《作戰理論入門》一書，具有國際性的影響。
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