攻537.7高地北山。
另将預備隊美軍第40師前調金化西南地區，将美軍第3師調至金化以西鐵原西南地區。
與此同時，派小分隊多次向将要進攻的597.9高地、537.7高地北山等處進行試探性攻擊。
8月下旬，志願軍司令部根據敵人可能發動攻勢的征兆，屢電前線各軍，要嚴密注視當面敵情，作好防敵進攻的準備工作。
9月上旬，志願軍防敵局部進攻的準備就緒。
擔任中部戰線平康以南，鐵原、金化至金城以東地區防禦任務的第3兵團所屬第15軍，制訂了準備粉碎敵人3～4個師進攻的作戰計劃，并調整了部署。
防禦陣地正面構築了以坑道為骨幹的支撐點式的防禦工事，陣前各支撐點都構築有坑道，明、暗火力點，塹壕與交通壕等，形成了環形防禦陣地。
在上甘嶺地區的597.9高地和537.7高地北山兩個連的支撐點，構築了48條10米以上坑道，以及大量防坦克壕，設置了障礙物，并埋設了很多地雷。
在兵力部署上，重點放在五聖山以西之西方山方向，五聖山及其以南的上甘嶺地區由該軍第45師第135團防守，特别加強了597.9高地和537.7高地北山兩陣地的兵力和火力。
第45師主力用于進攻注字洞南山之敵，以配合全線的戰術反擊作戰。
“聯合國軍”從10月12日開始，以大量空軍和炮兵對志願軍五聖山主陣地、上甘嶺及597.9高地和537.7高地北山陣地進行連續2天的火力轟擊。
14日3時起，又對597.9高地和537.7高地北山陣地進行2個小時的炮火準備。
5時，美軍第7師、南朝鮮軍第2師各一部共7個營的兵力，在300餘門火炮、30餘輛坦克、40餘架飛機的支援下，分别向志願軍597.9高地和537.7高地北山陣地發起猛烈進攻。
與此同時，美軍和南朝鮮軍共4個營的兵力，分别向上甘嶺附近的幾個高地進行了牽制性進攻。
“聯合國軍”為了鉗制志願軍和人民軍的兵力和制造聲勢，在“金化攻勢”發起的第二天，在朝鮮東海岸高成以東海面，調集了6艘航空母艦、4艘巡洋艦，30多艘驅逐艦和駐日本的美軍騎兵第1師一部，進行了一次近于實戰性質的所謂“敵後實戰演習”，其艦炮和航空兵對我東海岸陣地進行了猛烈的轟擊，并有30餘架運輸機從我正面戰線飛過，以示其空降兵的配合。
14日這一天，“聯合國軍”對志願軍上甘嶺地區597.9高地和537.7高地北山兩陣地共發射炮彈30餘萬發，投擲炸彈500餘枚，以1個排至1個營的兵力，進行多路多梯次的連續沖擊。
志願軍防守部隊第135團2個加強連，在僅有的15門山炮、野炮、榴彈炮和12門82迫擊炮的支援下，頑強抗擊敵人的進攻。
戰至下午，兩陣地野戰工事幾乎全部摧毀，人員傷亡較大，表面陣地被“聯合國軍”占領，防守部隊被迫轉入坑道作戰。
當晚，志願軍第45師增調火炮，并乘敵立足未穩，分4路向“聯合國軍”進行反擊。
“聯合國軍”以大量炮火進行猛烈攔阻。
志願軍反擊部隊在堅持坑道作戰的部隊有力配合下，奪回了陣地。
志願軍為集中兵力抗擊敵人進攻，第45師調整了部署，又将2個炮兵營調至上甘嶺地區，以第134團2個營和第133團1個營分别加入兩陣地的防禦作戰。
15日，志願軍第15軍暫停反擊注字洞南山之敵，集中力量粉碎敵人對上甘嶺地區的進攻。
敵之“金化攻勢”原預計隻攻占兩個山頭陣地，在有彈藥保障和航空兵支援的情況下，以2個營的兵力，準備損失300人左右，作戰5天就可達成目的。
然而，進攻的第一天，他們就動用了7個步兵營，傾瀉了數以萬計的炮彈和炸彈，結果還是碰了硬釘子。
15日至18日，“聯合國軍”又先後投入2個團又4個營的兵力，在大量炮兵、航空兵的支援下，對兩陣地連續輪番猛烈進攻。
志願軍第45師防守部隊頑強抗擊和積極反擊，與敵人展開了激烈的陣地争奪戰。
敵人白天奪占了表面陣地，我軍夜間從坑道裡出來進行反擊，再奪回來。
反複争奪，戰鬥十分激烈。
19日，志願軍第45師分别以3個連的兵力在103門火炮支援下，對占領597.9高地和537.7高地北山表面陣地之敵實施反擊，志願軍坑道内的2個連以突然勇猛的動作，與坑道外的兵力配合，内外夾擊，激戰7個小時，全殲敵5個連，一舉恢複了陣地。
20日，“聯合國軍”又以2個營的兵力在飛機30架及大量炮火掩護下，進行反撲。
志願軍防守部隊與敵激戰終日，除597.9高地西北山腿的幾個陣地外，其餘表面陣地又為“聯合國軍”占領。
志願軍防守部隊退守坑道，繼續堅持戰鬥。
14日至20日，“聯合國軍”總計在上甘嶺地區投入7個團共17個步兵營的兵力，地上有坦克，天上有飛機，傾瀉了那麼多的炮彈和炸彈，傷亡7000餘人，但卻沒有達到預計的目的。
在這一階段的戰鬥中，