12月3日：
結束新興裡戰鬥的27軍81師241團、242團跨過長津湖佔領東段公路北側高地。但是死鷹嶺陣地被美軍突破，德洞山口美軍一個連損失過半，仍舊據守在陣地6夜6天，並俘獲志願軍近百名。20軍59師退出戰鬥，177團一營只剩60餘人，接到撤退命令後卻沒有撤下來，因為手腳都凍壞了，爬都爬不動，直到晚上才被揹回來。177團二營堅持到黃昏才撤退，其中6連全部凍死在阻擊陣地上，此為第二個“冰雕連”，寫下絕筆詩的宋阿毛就是該連戰士。
晚7時，美軍先頭部隊已抵達下碣隅裡。晚22時，81師243團才趕到西心裡附近。
不知道是聯絡延誤問題還是戰況上報的問題，3日深夜毛主席還在致電九兵團，要求其加速26軍調動，圍困柳潭裡美軍，實施圍點打援的作戰方案。
12月4日：
81師243團與美軍反覆爭奪西心裡附近高地。白天終究是屬於美軍的，被美軍奪路全部撤回下碣隅裡。柳潭裡美軍傷亡計1500多人。
12月5日：
下碣隅里美軍準備撤退，開始空運轉移傷員。至第2日轉移傷員數千人。
當天20軍89師從社倉裡與美3師7團一直糾纏作戰至下通裡後撤出戰鬥。
晚8:10，美軍兩架B-26轟炸機投下了6枚500磅炸彈轟炸下碣隅裡。油料被擊中，火光沖天，映照了整個天空，美軍、志願軍都驚呆了。
深夜，26軍76師、77師趕到下碣隅裡，與58師交接陣地。其88師還在路上磨蹭，78師則在東線掩護整個兵團側翼。26軍原計劃6日晚發起進攻，但美軍拂曉即開始攻擊撤退，26軍被迫倉促應戰。
12月6日：
凌晨4:30，美軍前鋒即開始撤退行動，與76師鏖戰，到下午突破阻擊，離開了下碣隅裡。
上午7:30，美軍後衛開始進攻東山陣地，下午14:30佔領。志願軍組織反撲但指揮無能，竟然在大白天就在1701高地前兩個山頭之間的山脊組織部隊準備進攻。當即遭到美軍飛機狂轟亂炸，死傷慘重。美地面部隊趁機佔據兩旁的山頭，用重火力封鎖該部撤退路線。該部既無力防守也無法撤退，遭到美軍單方面屠殺，不得已投降，最終被俘220人。
晚，26軍再次組織反擊東山陣地，未能成功。
12月7日：
凌晨2時，26軍連夜再一次組織對東山陣地以及撤退途中的美軍全面猛攻，仍然未能成功。從11月28日晚開始的東山戰鬥，也就是美軍軍史廣為傳揚的東丘戰役。
凌晨6時，美軍後衛開始撤退，76師、77師還在頑強奮戰。同時美軍前鋒抵達古土裡，上午10時，前鋒部隊全部進入古土裡。
上午8時，美軍後衛與剛剛趕到的26軍88師激烈交火，下午15時突破阻擊。
此兩天一晚將26軍打懵了，其主力76師損失就高達6000多人，可以說戰鬥部隊喪失殆盡。
當天午夜美陸1師全部撤至古土裡，整個撤退過程傷亡600餘人。美海軍航空兵司令哈里斯將軍的兒子哈里斯中校在帶隊掩護美陸1師輜重運輸一隊撤退時被擊斃。此人在前面柳潭裡作戰時曾命令一個連撤出陣地拱衛自己營部的安全，天命昭彰終究難逃。
12月8日：
凌晨2點，美軍剛剛到達古土裡即開始撤退，向黃草嶺進軍。著名的三炸水門橋就發生在這裡（12月1日，60師炸第一次，12月4日，60師炸第二次，12月6日58師172團炸第三次）。在水門橋以北阻擊的是20軍58師殘部，約6~7個連，每連不足百人，由師參謀長胡乾秀，174團政委郝亮帶隊指揮。但指揮所不幸被美軍飛機發現，火箭彈直接打入指揮所藏身的山洞，全體成員犧牲。
從真興裡北上接應的美軍進攻水門橋以南的黃草嶺，在此據守的為60師，但178團、179團已打殘，180團雖然前期戰鬥任務不多，但臥冰飲雪減員厲害，整個戰鬥十分艱難。
12月9日：
水門橋第3次被修好，而旁邊山頭上58師172團50名戰士全部凍死在陣地上。
黃草嶺1081高地，20軍60師180團2連全部凍死在陣地上，此為第三個“冰雕連”。因為是被美軍首先發現，該“冰雕連”事蹟傳播最為廣泛。該連所在的一營全營666人，到撤出戰鬥時，只有16人能夠自行行動。
同日，26軍趕到古土裡，但不能阻止美軍撤退。
12月10日：
美陸1師全部透過水門橋，越過黃草嶺向真興裡撤退。20軍58師、60師戰鬥人員只剩一百多人，仍然頑強追擊。
12月11日：
凌晨1時，20軍幾十個人追上美陸1師後衛部隊，美軍已成驚弓之鳥，坦克兵放棄坦克和步兵一起放肆逃跑，被志願軍繳獲7輛坦克。
同日美陸1師全部進入真興裡，此一路美軍損失300餘人。
此後的戰況就是美軍在公路上由飛機坦克掩護撤退，志願軍沿著公路兩側的山地追擊，再無大的戰鬥。
12月12日：
美第10軍10餘萬人開始從興南港上船。
12月15日：
美陸1師開始從興南港上船。
美軍艦載飛機、艦炮組成密集火力網，阻止追擊而至的27軍、26軍進攻企圖。
12月24日：美軍將剩餘物資、裝置爆破銷燬，永遠的離開了北朝鮮。
縱觀整個長津湖戰役，美軍作戰減員4418人，凍傷減員7313人，其中死亡及失蹤2500餘人。九兵團戰報是殲敵7000多人，一說是統計口徑不同，比如新興裡潰散的1000多美軍，志願軍是計入殲敵數的，而美軍已經收攏了這批人，自然不算。二說是由於志願軍根本就沒有糧食了，所以很多俘虜都被放走了。
說到糧食，27軍、20軍還在行進途中就已經糧食不濟了，但後勤轉運十分困難，朝鮮人不信任志願軍，大批大批朝鮮人越過志願軍防線逃難到美軍營地。還有少量朝鮮人利用志願軍對朝鮮人的不威脅、不阻攔，往返穿越志願軍防線將情報報告給美軍，也有說法是隨行韓軍假扮平民所為。從柳潭裡開始就有大批朝鮮人跟隨美軍撤退，長津湖地區大約有幾千人，最後共計9萬多朝鮮人在興南港隨美軍離開。而走在後面的26軍無糧可籌，餓死的也不少。
九兵團此戰作戰減員14，000餘人，凍死凍傷30，000餘人，其中凍死4000多人，陣亡7300餘人。
儘管在長津湖戰役中九兵團戰役準備、戰術行動均出現多處重大紕漏，但九兵團克服巨大困難、發揮超強意志和勇氣迫使美陸1師及整個美第10軍撤離北朝鮮，戰略上無疑是一巨大成果。