一、参战部队序列
美军：
第10军的第１陆战师，编制人数为2.5万人, 参战２４１２４人（3个陆战步兵团、1个陆战炮兵团以及直属第1坦克营、第1工兵营等部队，而师部部分人员、师直属第1海岸营和第1水陆两栖车运输营以及一些后勤人员还留在兴南港，）和第７师一部（即临时拼凑的第31团支队，共有3288人，包括编入美军的韩国人515人），其余部队主要驻防元山、惠山、兴南等地。
陆战一师，指挥官是奥利弗·史密斯少将，所属3个步兵团，是陆战第1，5和7团，师属炮兵是陆战11团。
陆战第1团 团长是刘易斯·普勒上校，1营长唐纳德·施麦克中校，2营长艾伦·苏特中校，3营长托马斯·里奇中校；
陆战第5团 团长是雷蒙德·默里中校， 1营营长约翰·史迪文斯中校，2营营长哈欧德·罗伊斯中校，3营长罗伯特·塔普雷特中校；
陆战第7团团长是霍默·利兹伯格上校，1营营长雷蒙·戴维斯中校，2营长兰德福·罗克伍德中校，3营长威廉·哈里斯中校；
<table><tbody>(满员时，一个步兵团大约有3500人，一个步兵营大约有1000人。)
参加长津湖战役的美7师部队有：第31步兵团，团长是艾伦·麦克莱恩上校，所属3个步兵营：32团1营长唐·卡洛斯·费斯中校，31团2营长威廉·莱迪中校和31团3营长威廉·莱利中校；第57野战炮兵营和第31坦克连。
陆战队第一航空联队在整个战役中为地面部队提供空中火力支援，指挥官是费尔德·哈里斯少将。
志愿军：
九兵团司令员兼政委宋时轮，副司令员陶勇，参谋长覃健，政治部主任谢有法，副参谋长王彬，下辖三个军，第20军、第26军和第27军。
第20军前身是新四军第1师和第6师，是粟裕的起家老部队，解放战争中整编为华野第一纵队，以擅长野战尤其是纵深穿插著称。
军长兼政委张翼翔，副军长廖政国，所属四个师：58师长兼政委黄朝天，59师长戴克林，60师长陈挺，89师余光茂。
第26军前身是由抗战时期鲁中军区部队整编而成的华野第八纵队，在华野部队中素以攻坚见长。
军长张仁初，政委李耀文，所属四个师：76师长高文然，77师长王建青，78师长陈忠梅，88师长吴大林。
第27军前身是抗战时期胶东军区部队整编而成的华野第九纵队，在孟良崮、济南、淮海、渡江等重大战役中，屡建奇功。
军长彭德清，政委刘浩天，所属四个师：79师长肖镜海，80师长詹大南，81师长孙端夫，94师长邬兰亭。
为了更好适应出国作战需要，将第30军88师、89师和第32军94师分别调入九兵团所属三个军，使各军均下辖四个师，并将在苏南、上海等地招收的数百名青年学生和原国民党军第十六兵团董宋珩部约1.5万人分别补入九兵团各军，基本达到了每师一万人，每军五万人的标准，全兵团共十二个师约16万人。
二、血战新兴里
11月26日，陆战7团在柳潭里附近地区的小规模战斗中俘虏了3名志愿军士兵，这3人供称是属于20军60师的，还称他们所在的部队计划将投入四个师同时攻击柳潭里、下碣隅里、古土里。美军认为普通士兵根本不可能了解军级单位的作战计划，丝毫没有引起重视。
11月27日黄昏，九兵团按照预定部署开始了全面攻击：20军59师攻击柳潭里以南的德洞山口，切断柳潭里与下碣隅里之间联系，并从南面攻击柳潭里，89师以一个团协同59师攻击柳潭里之敌，主力两个团在柳潭里以西展开，作为预备队；27军79师从北面攻击柳潭里；20军58师从东南西三面攻击下碣隅里；60师从古土里以北出击，切断古土里与下碣隅里道路，并从北面攻击古土里；27军80师和81师一个团攻击新兴里；81师主力两个团则在赴战湖地区展开，对该地区的美军第7师31团一部进行警戒，并切实掩护军的侧翼。27军第94师和26军也开始从厚昌地区向长津湖开进。
在新兴里的美军是第7步兵师所属第31团支队。11月间由于第7师部队分布很广，无法按时集结执行第10军的作战计划，便临时编组了第31团支队，由长津湖地区的第31团第3营、第31团第2营和第32团第1营等部队组成，配属第57野战炮兵营及31团重迫击炮连和坦克连，统归第31团团长艾伦·麦克莱恩上校指挥，突出在长津湖东岸。第31团第1营没有进入长津湖地区。
志愿军进攻新兴里时，美军32团1营、31团3营和第57炮兵营却根本没有进入防御状态。美军防线被轻松突破，不少美军士兵殒命在睡袋里。虽然美军最终稳住了防线，但已陷入绝境。31团支队苦战2天2夜后，伤亡惨重，团长麦克莱恩上校被击毙，部队改由32团1营营长费斯中校指挥。12月1日，费斯决定突围，31团支队在突围过程中崩溃，幸存人员分散逃亡。
新兴里之战志愿军27军80师和81师也付出了巨大代价，伤亡加上冻饿非战斗减员高达万人。初次与美军交手的241团的2营、3营在公路沟附近以密集队形冲击，结果遭到美军猛烈火力拦阻，伤亡较大，七个连完全失去战斗力。志愿军的２３８、２３９两团，也几乎打光。
美军资料显示，突围到达下碣隅里（包括从后浦撤回的31团团部及坦克连325人）共约1600人，其中1150多名伤患由飞机后送。美军在新兴里实际损失约1700人，约为半个团，与志愿军所称歼灭美军一个建制团（有资料称为加强团）有一定距离。
31团团旗被缴，团长被击毙，全团损失过半，是美军战史上罕见的。这也是朝鲜战争中，志愿军宣称的惟一一次成建制地全歼美军一个团的光辉战例。但是必须看到，新兴里歼灭美31团支队，存在很多特定因素。首先该团位置比较孤立，难以得到友邻支援与策应。
其次，再看一下美陆军第7步兵师，战争爆发时该师驻在日本，缺额约30%。朝鲜战争开始后，第7师仍留驻日本，但许多官兵被调到朝鲜战场补充给其他部队，全师约有1000名有实战经验的军官和士官被调走，不足的人员就由从美国动员的后备兵员和韩国兵补入。其他美军部队也存在这样情况，这也是为何前三次战役志愿军能够取胜的因素之一。第31团支队的3000人中有515人是韩国兵，而且是由多个单位临时拼凑而成。
12月底当31团余部从兴南登船撤回釜山后，第7步兵师随即开始重建31团的工作，从其他团里抽调一些军官，再加上原31团伤愈归队的官兵，以及从美国本土调来的补充兵员，至1951年2月18日，31团重返战场。——1952年10月，著名的上甘岭战役中第一批主攻的美军部队就是31团。
三、围攻柳潭里
至11月27日，美军在柳潭里的部队共有陆战5团三个营、陆战7团两个营又一个连，第11炮兵团的两个营又两个连。27日，美军第1勤务营分遣队到达柳潭里开设了前进补给站，储存了三日份的食品、燃料以及两个基数的轻武器弹药。随后，第1勤务营分遣队便将卸空的卡车带上几天来战斗中的伤员返回下碣隅里，而为了能在次日送来更多的补给品，陆战第5、第7团除了留下约四十多辆卡车外，其余卡车都随分遣队返回下碣隅里。就这样，在柳潭里的美军不仅解除了伤员的负担，还因为卡车的数量大大减少反而增加了灵活性。
从27日起西线联合国军遭到了志愿军的强大反击，全线崩溃的迹象也有所显露。但东线的美第10军依然按照既定计划要求陆战1师发起攻击，但是遭到了志愿军越来越顽强的抗击。陆战7团团长霍默·利兹伯格上校以职业军人的直觉预感到了志愿军的大规模进攻即将开始，从下午15时起命令部队停止进攻转入防御。利兹伯格将柳潭里地区全部兵力的一大半10个步兵连环绕柳潭里建立起环形防线，在柳潭里东南地区开设炮兵阵地，由炮兵第1营营长哈威·菲汉中校统一指挥，炮口全部指向利兹伯格认为威胁最大的西方和西南方。
22时，在一阵密集炮火轰击之后，志愿军的攻击开始了——整整两个主力师（尽管因为冻饿已经产生了一些减员）！根据九兵团的部署，擅长穿插的59师迂回到柳潭里以南，切断柳潭里美军南逃的退路，以攻坚见长的79师则同时展开三个团从北向南攻击柳潭里。
当晚的战斗从一开始就相当激烈，79师取得了一些进展，但是也付出巨大代价，五个营伤亡殆尽失去战斗力。20军59师进展最为显著，攻占新兴里（注：长津湖地区共有两处叫新兴里的地方，一是在长津湖东面，即美7师31团支队守备之地，另一处则在长津湖西南，柳潭里与下碣隅里之间，由陆战1师守备，这里为后者）至西兴里一线高地，完全控制了以死鹰岭为中心的西兴里公路两侧高地，截断了柳潭里与下碣隅里两处美军的联系。志愿军虽取得了合围态势，但没能大量歼敌，大多与当面美军形成对峙。
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