砥平里本来是朝鲜人民军占领的地方。李奇微发动“围歼行动”后，美第2师第23团团长保尔·弗里曼上校率领该团和法国EMLC特遣营迅速北进，于2月3日占领了砥平里。

下午5时30分，志愿军第39军按照计划对砥平里之敌发起了攻击。

第115师师长王良太、政治委员沈铁兵指挥第344团、第343团和第345团，对砥平里之敌来了个东西夹击。第116师在师长汪洋、政治委员石瑛指挥下，对注岩里的美军展开了攻击，以切断砥平里之敌的退路。

志愿军的猛烈攻势令驻守砥平里之敌心惊胆战，美第10军军长向李奇微建议下令美第23团等部后撤。李奇微理解他们的心情，但他不认为撤退是目前唯一的选择，仍命令美第23团继续坚守砥平里，吸引志愿军主力来攻。

志愿军第39军部队和砥平里的美军打得格外激烈。虽然战士们奋勇冲锋，但敌人的火力也特别得强，鏖战数个小时也难有大的突破。砥平里的敌人像生了根似的，不仅防御顽强，而且丝毫没有混乱逃跑的迹象。

邓华起初判断砥平里之敌只有5个营，所以投入了6个团1万余人，另配属3个炮兵连支援步兵冲锋。不料，仗越打越紧。他决定进一步调集兵力，加强对砥平里的攻势，但前进依然不顺利。

战斗之所以进行得如此困难，一个重要原因就在于砥平里之敌并不是志愿军指挥员原先侦察到的情况。砥平里敌人并不是只有5个营1000多人，其实际组成是：美第2师第23团、法国营、一个105毫米榴弹炮兵营、一个坦克中队、一个155毫米榴弹炮兵连、一个高射炮连，共6000余人，有榴弹炮24门、坦克21辆和迫击炮5门。

美军将砥平里作为向北突击或者向南撤退的一个坚固要点来建设，构筑了地堡盖沟、交通壕、铁丝网和地雷等相连而成的环形防御阵地。这个防御阵地以村庄为圆心，设置了内围和外围两道防御线。主要兵力及火器均配置在外围防御线，仅两个连的兵力配置在内围防御线。

敌我火力对比极不平衡。志愿军的每门炮只有20～30发炮弹可以发射，而美军平均每门炮发射的炮弹在250发以上，炮弹数对比是1:12。

美军飞机整天围绕着砥平里外围的志愿军阵地狂轰滥炸，志愿军刚刚构筑好的许多野战工事顷刻之间就化为碎土。不少战士被敌机扫射中弹，壮烈牺牲。

形势越来越严峻，美军不但没有放弃砥平里的打算，而且还想以此为诱饵，寻找志愿军主力决战。

志愿军副司令员邓华认识到，为了防止美军增援部队形成对围攻砥平里志愿军部队的反包围，必须在最短时间内歼灭砥平里之敌。他重新调整了作战部署，命令第119师全部、第126师一个团和第115师两个团共6个团继续攻打砥平里，第39军第116师主力迅速向西占领曲水里，坚决割断梨浦里之敌与砥平里之敌间的接触，另抽出一个团留在注岩里阻击由骊州出发的美军援敌，第42军第126师在曲水里地区抢占要点，打击由梨浦里增援的美军。

在一遍又一遍的划破天际的冲锋号声中，担负正面攻坚任务的志愿军官兵，拼了命向砥平里之敌发动一次又一次的冲锋。第119师在砥平里北面的凤尾山撕开了个角，敢死队员们冲了上去，迅速将缺口扩大，一举占领了凤尾山要点。虽然美军第23团在我军攻击下损失巨大，但是战场形势还没有发生根本的改变。