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美军坦克炮弹、重炮炮弹将王扶之团的阵地打成一片焦土，几十架美军战斗机随后又飞过来投下炸弹，还洒下倾盆大雨一般的汽油，343团阵地立成一片火海。在约翰逊的强令下，一波又一波美国步兵在重型坦克配合下向343团阵地冲去。英勇无畏的将士从火海中冲出来打得美国兵落花流水，顷刻之间就俘虏了40多名美国兵。
从黄昏时分打到夜幕降临，343团越战越勇，骑5团仍不能越雷池一步。美军飞机在夜色中不敢投弹，美国兵的气焰越来越下降，王扶之遂令第1营出击，约翰逊上校被打得败退不迭，第1营大获全胜，其中第1连全歼美军连，创造了以一个连歼灭美军一个连的模范战例。彭德怀闻讯大喜，专门传令嘉奖这个100人的连队：“从此次作战中，可看出我军指战员的战斗素质和作战精神比敌人强。我以一个连即能歼灭美军一个连。”
至此，王扶之打得救援云山城的骑5团溃不成军，成功地截断了骑8团的退路。
晕了头的帕尔默在得知后路被抄时，居然只命令第3营回头守住要地居仁桥保护后方，仍异想天开地要求其他部队继续进行冲向鸭绿江的准备。而被揍得惊魂未定的南朝鲜人率先向南溜了，把帕尔默气得够呛，他被迫命令骑8团提前接防，云山城里顿时人声鼎沸，车辆如梭，混乱至极。这幅景象让城外的志愿军产生了错觉：“敌人要跑了？”吴信泉立刻命令提前向云山发起总攻。
39军炮兵和配属的２个炮团将有限的炮弹准确地倾泻在云山美国人的阵地上，4时整，8个步兵团以迅雷不及掩耳之势向美军发起了总攻！
震耳欲聋的枪炮声和漫山遍野的军号声把美国人吓蒙了。营长米利金中校是参加过二战的老兵，此时也不知所措，半天才下令重机枪开火。浑身发抖的机枪手请示射击目标，米利金大叫：“往哪打？哪里有喇叭声，就往哪打！”
仅仅几个小时，39军如风卷残云，将云山外围阵地的美军、南朝鲜军打得七零八落，美军战史记载：“午夜刚过，南朝鲜12团就不再是一支战斗建制部队了，大部分战死或做了俘虏，侥幸逃脱者极少。”不久，美国人也丢了城外所有阵地，开始向云山城内狼狈逃窜。
直到这时，39军才发现打的是美国人，而且是美军王牌骑1师。吴信泉兴奋极了：“怪不得火力这么强，原来是美国人的王牌军，继续进攻，老子打的就是王牌！”
彭德怀的命令到了：“坚决消灭美军王牌师！”
39军战士们英雄豪气更盛，个个嗷嗷直叫：“它是王牌，老子就是王中王！”
22时，云山城外所有高地都装进了39军的口袋，现在就剩云山城了。足智多谋的l16师师长汪洋派预备队246团团长吴宝光担任主攻，吴宝光又亲自挑了一个尖刀连第4连：“师长偏爱咱们团，老子偏爱你们连，不许恋战，不顾一切冲进云山城来个中心开花，为主力打开通路！”
在夜幕中，第4连的勇士们摆成整齐的战斗队形大摇大摆地向云山城走去。糊里糊涂的美军还以为这是一支退下来的南朝鲜部队。在进云山的必经之地二滩川大桥，胆大包天又机智无比的志愿军战士甚至还满面笑容地同设防的美军士兵握手！然后，一整支志愿军连队昂首阔步走进了云山城。
“一个连的士兵纵队沿着通往龙山洞的干道上严肃而整齐地接近南面。警戒该桥的美军士兵可能认为他们是南朝鲜军队，没有查问就让其通过了，因为他们是堂堂正正、十分肃静地走过来的。”美军战史如实记载了己方这段丢人的经历。
美军战史继续写：“纵队通过桥之后一直在干道上北进，不久接近了营部，突然吹起了军号，开始一齐向营部袭击。中国人胡乱开火，不断向车里扔手榴弹、炸药包，车被打着了。可指挥所周围有些分队还在狐洞或隐蔽工事里呼呼大睡……其中一个士兵以后回忆说：“醒来时仗早已打响了……有人叫醒我后问我有没有听见一群马在奔腾嘶鸣……转眼间我们的驻地就被打得千疮百孔……当我听见远方的军号声和马蹄声，我以为我还在梦乡。敌人仿佛腾云驾雾，从天而降，人影模糊不清，他们见人就开枪，甚至用刺刀捅！”
4连在云山城横冲直撞，杀得美国兵尸横遍地。一个名叫赵子林的副班长炸毁了一辆美军重坦克，这辆坦克被炸毁后，由于惯性又前冲压扁了一辆吉普车，车上几名倒霉的美军被挤成了肉饼。美国兵乱成了一锅粥，像没头苍蝇一样四处奔逃。
4连中心开花成功，39军主力部队随即一齐从四面八方拥进了云山城。348团神兵天降，一举攻占了西迂洞路口，封锁了美军南撤通路。他们还攻占了云山机场，甚至还缴获了4架美国飞机（天亮后又被炸没了）！
到凌晨时分，美军第8团战斗队全面崩溃。丧失斗志的第8团的士兵们有的逃向深山，有的往南飞跑，但到处都遇见堵截他们的志愿军士兵。大获全胜的39军战士感到，“所谓的‘王牌’不过如此，胜利永远是我们的！”
焦急万分的美第1军军长米尔本和骑1师师长盖伊均亲临前线督战，令骑5团拼命进攻，以救出兄弟团队。骑5团团长约翰逊上校也亲自披挂上阵指挥冲锋，结果被一颗中国迫击炮弹炸得粉碎……
米尔本见久攻不下，伤亡日益增多，只好无可奈何地下令部队放弃进攻，立即向南撤退。
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