11月30日，根據9兵團命令，集中力量殲滅下碣隅裏之敵。張翼翔命令58師組織所有力量向下碣隅裏之敵展開進攻。58師師長黃朝天清點人數時發現，全師兵力隻有戰前的一半左右，他把所有兵力組成12個連，分成兩個部分作戰，在長津江東的部隊依托1071高地及周圍陣地進行主要突擊，在長津江西的部隊則佯攻京下裏和島內裏，牽製美軍的側翼部隊。
58師向下碣隅裏之敵發起攻擊，在突破敵人下碣隅裏前沿陣地，擊潰敵人反擊之後，迅速地越過了公路向西發展。在進入縱深戰鬥中，遭遇了敵人的坦克部隊，展開了激戰。在下碣隅裏的一側，美軍調集了飛機進行空中掩護，地麵上以坦克開道，沿著1071高地下麵的公路向南麵方向衝擊，試圖在誌願軍的封鎖中打開一條通道。58師的戰士們用輕重武器在陣地前構成了一張密不透風的火力網，不給敵人任何可乘之機，將敵人緊緊地壓製在了公路上，打得敵人四處亂竄，隻好又退回到下碣隅裏。
由於下碣隅裏內美軍駐紮著較為強大的部隊，58師集中所有兵力苦戰，一時也很難攻進去，雙方形成了膠著狀態。
為了保證柳潭裏的部隊能順利後撤，美軍第10軍軍長阿爾蒙德和陸戰1師師長史密斯都清楚地知道，必須死死守住下碣隅裏，如果下碣隅裏失守，進攻到柳潭裏的陸戰5團和陸戰7團最終的命運就是被消滅。但是單靠下碣隅裏現有的兵力難以完成這一任務。為此，美軍陸戰1師師長史密斯決定調兵遣將，將駐紮在古土裏的陸戰1團第2營、第3營，美第7步兵師第31團的1個連，以及英國海軍陸戰隊第4l指揮分遣隊、第11炮兵營，總計共4個營的兵力，對下碣隅裏美軍進行增援。指揮這次增援行動的是英第41指揮分遣隊的指揮官德賴斯代爾中校，因此這支增援部隊被稱為德賴斯代爾支隊。
張翼翔判明美軍的增援企圖後，命令第60師進行阻擊，切斷下碣隅裏和古土裏之間美軍的聯係，阻擊敵4個營的兵力由古土裏向北增援，防止下碣隅裏的美軍突圍。
第60師按照張翼翔的命令，迅速進至古土裏以北的富盛裏一帶構築陣地。該師178團第2營占領了古土裏以北公路和鐵路線兩側的高地。該營5連沿東西一線分布長達1公裏的四個山頭構成了一線陣地，4連則負責防守5連以南的山頭。
考慮到敵人的增援部隊來勢凶猛，敵人將從古土裏向下碣隅裏方向進行更大規模的進攻，張翼翔命令60師加強公路以東的機動力量，由179團抽調兵力加強178團陣地，並以180團一個營於當晚攻擊古土裏之敵，牽製敵人。
張翼翔顯然技高一籌，他的布陣充分考慮到了178團正麵的地形特點。公路東側是一條深溝，可以有效地阻止敵人向位於公路東側的誌願軍陣地進攻，溝的東麵是平地，便於誌願軍的火力展開，平地的後麵是陡峭的山脈。公路西側是一道淺淺的水溝，過了一片水田再往西就是長津江了，江後也是險峻的山脈。這樣的地形，形成了易守難攻的態勢，有利於178團在這裏打伏擊戰。
果不其然，兩天之後，敵人向北增援的德賴斯代爾支隊，就被圍困在這個狹長的山穀裏。
執行增援任務的德賴斯代爾支隊開出古土裏之後，即遭到60師的英勇阻擊。盡管寒冷的天氣把山頭的積雪和冰塊凍得十分堅硬，給部隊修築工事帶來了極大的困難，許多戰士的手都被震得流出了血，張翼翔仍命令60師加緊加固陣地工事。美軍的飛機在空中偵察，不時地俯衝掃射，對60師的行動進行幹擾，駐守在下碣隅裏的美軍炮兵在發現60師的行動跡象以後，也不斷地向60師的陣地打炮。但60師的戰士們始終沒有停止修築工事。
美軍的大炮和飛機輪番對60師的阻擊陣地進行轟炸，企圖依靠強大的火力，摧毀誌願軍的陣地，打開北上的道路，炮火使整個山頭變成了一片火海，這個德賴斯代爾增援支隊仍寸步難行。
德賴斯代爾支隊在海盜式戰鬥機的掩護下，坦克部隊也可以充分發揮火力的優勢，一次又一次向60師陣地發起進攻。60師官兵沉著應戰，在公路上布置了大量的路障，用機槍和迫擊炮織成了強大的火力網，使得敵增援部隊仍無法迅速前進。敵人的坦克開到了誌願軍在公路上設置的汽油桶和草堆前麵，正在猶豫之際，戰士們一排手榴彈扔了過去，跟在後麵的一輛汽車中彈起火，堵住了公路，戰士們向側後方的敵人步兵衝擊。很快，準備好的炸藥包用光了。此時，沒有被炸毀的敵人坦克仍在向我軍的陣地開炮，威脅著戰士們的生命。戰士們仰臥在公路上，當敵人的坦克快開到身前時，毫不猶豫地拉響了手榴彈。幾聲巨響，英勇的戰士獻出了自己年輕的生命，用血肉之軀堵住了敵人前進的道路。
被圍困在下碣隅裏的陸戰1師師長史密斯，麵對張翼翔指揮的第20軍官兵一浪高過一浪的攻擊，感到形勢十分危急，他命令德賴斯代爾支隊不惜一切代價衝破封鎖，向下碣隅裏前進。
德賴斯代爾迫於史密斯命令的壓力，不得不率部在黑夜中繼續進發，沿路不斷遭到60師阻止部隊的打擊。夜戰是誌願軍的強項，張翼翔發現敵人跟在彈藥車輛後麵的部隊無法繼續前進，並且由於通訊聯絡器材被打壞，沒有辦法與前麵的部隊取得聯係。於是他命令第60師部隊抓住有利的時機，在迫擊炮猛烈的轟擊下，充分發揮步兵的火力，完全壓製了敵人的進攻，並將被阻斷的敵人全部包圍。
黑夜中驚慌失措的美軍和英軍士兵，像沒頭的蒼蠅一樣四處突圍，有的躲在路旁的水溝裏、道路的路基旁、卡車的後麵負隅頑抗，也有的人想趁黑夜突圍後越野去古土裏，卻迷失了方向，最終也做了誌願軍的俘虜。
天亮之後，這支丟盔卸甲的增援部隊，一部分被打得暈頭轉向回到了古土裏。另一部分僥幸逃出了60師阻擊部隊的包圍圈，在德賴斯代爾中校的帶領下，沿著公路繼續向下碣隅裏方向前進。最後，這支殘兵敗將到達下碣隅裏時，由出發時的1000多人，隻剩下了400人左右。
柳潭裏美軍撤退到下碣隅裏之後，集結在下碣隅裏的美軍全部兵力大約有1萬多人，由陸戰1師師長史密斯親自指揮。主要是美陸戰1師3個團、美第10軍直屬部隊和英國海軍陸戰隊第41指揮分遣隊。
12月4日，根據東線戰場的形勢和誌願軍司令部的命令，第9兵團司令員宋時輪對各軍作戰任務進行了調整。命令張翼翔將20軍進攻下碣隅裏的任務交給兵團戰役預備隊26軍，除59師仍參加對柳潭裏南逃之敵作戰外，58師與60師一起進到古土裏、黃草嶺地區，準備打擊北援之敵，89師主力即進到隱峰裏、上下通地帶(五老裏西北)。
接到命令後，張翼翔立即調整各師的部署，將第58師172團安置在黃草嶺、在院裏一線，173團進至到大、小安洞並控製1478.5高地，174團扼守在化被裏、小民泰裏一線陣地，師指揮所進至高龍。配合作戰的60師178團控製古興裏、祥在洞以西一線陣地，179團防守水南裏西北一線陣地，180團固守門峴、1081高地及堡後莊一線陣地，師指揮所進至水雲莊。
12月6日，下碣隅裏的美軍在飛機、大炮的掩護下開始向南突圍，張翼翔指揮20軍58師、60師的阻擊部隊嚴陣以待。誌在必得的兩個師的指戰員，在美軍前行的道路上早已作好了打擊的準備，複仇的火焰，時刻等待著北援美軍的來到。
12月8日早晨，第20軍第58師第172團在黃草嶺一帶與北援下碣隅裏的美軍遭遇，展開了激戰。當天下午，由於誌願軍經過連日激戰，在消滅了大量美軍之後，自身的傷亡也十分慘重，能夠在陣地上堅持戰鬥的戰士已經不多了。
張翼翔指揮第58師在黃草嶺一帶頑強的阻擊，令美軍感到巨大的壓力。為了盡快擺脫誌願軍的幹擾，及早地撤退到安全的地方。美軍從真興裏一帶派出了接應部隊，以幫助從下碣隅裏撤退出的美軍。陣地分布在門峴、堡後莊一帶的誌願軍第60師第180團立即發起攻擊，頑強阻擊由真興裏北上增援的美軍。
180團投入了戰鬥，接連下了30多小時的暴風雪，給誌願軍的作戰造成了極大的困難。堅守在陣地上的所有人員，幾乎全部都被凍傷，彈藥也幾乎告罄。黃草嶺、真興裏兩個方向的美軍傾全力夾擊180團所在的門峴、1081高地。經過一天的激烈戰鬥，駐守在陣地上的我阻擊部隊全部犧牲。
戰鬥結束後的第二天，我軍派出打掃戰場的人員，吃驚地發現戰士們全部被凍死在陣地上。陣地依然保持著戰鬥時的情形，戰士們俯臥在冰雪堆就的工事裏，手中依然緊握著槍支，目光憤怒地盯視著遠方，似乎一切都還沒有結束。許多戰士的手指依然緊緊地扣著扳機，根本無法使他們和槍支分開，仿佛隨時準備著躍出陣地，向敵人發起攻擊。
1081高地失守前最後的戰鬥是第二次戰役中最為壯烈的、也是讓人感到最為無奈的。這個高地的失守，對於堵截美軍是一個十分不利的情況。因為此時，第20軍擔任阻擊任務的第58師、第60師加在一起可以作戰的戰士也隻有100多人了。張翼翔和副軍長廖政國十分不甘心，決心實施尾隨追擊，於是命令第60師參謀長蔡群帆帶隊沿著公路美軍撤退的方向追擊。英勇的第20軍58師、60師，由於能夠使用的兵力已經剩下很少，無法擋住美軍，隻好眼睜睜地看著美軍從麵前突圍出去。
12月15日，蓬頭垢麵的美軍陸戰1師先頭南逃部隊終於到達東海岸的興南港。此時，他們早已精疲力竭，狼狽不堪。張翼翔指揮的20軍追擊部隊繼續向鐵路東追擊敵人。在靠近興南碼頭10公裏處，敵人組織成半圓形封鎖區，以炮火攔阻射擊，組成一道火製地帶，還有強大的空軍配合，使我軍接近不上。美軍企圖以此掩護他的殘部從海上撤逃。
張翼翔指揮追擊部隊改變戰術，以多股小分隊分散在各個方向上，尋找敵人封鎖的火力空隙和規律，向敵人陣地實施偷襲和突襲，以快打快轉移的戰法給敵人以大量的殺傷。這樣壓縮敵人的封鎖圈，造成敵人撤退時更加混亂的局麵，好多裝備都不能帶走，隻好用火燒掉。
12月17日，美軍終於撤退抵達連浦興南港地區，在其海空軍的火力掩護下從海上向朝鮮南部撤退。
12月24日，也就是亞洲時間的平安夜，美第10軍從興南港裝船撤離，頗具諷刺意味地兌現了麥克阿瑟在恰好一個月之前對作出的“回家過聖誕節”的斷言。在費盡力氣擋住尾追的誌願軍後，這些殘兵乘船倉皇南逃，在聖誕節前夜上演了一出敦刻爾克式的大撤退，避免了全軍覆沒。
第20軍追擊部隊終於進入元山港、興南地區及沿海港口，整個地區已經找不到任何一個美軍士兵了。曆時近一個月的長津湖戰役，同時也是整個第二次戰役落下帷幕。至此，這場曆史上最悲壯艱苦的戰役全部結束。
長津湖之戰，美軍陸戰1師傷亡4418人，另有7313名非戰鬥減員，這在其師史上是從來沒有的。在第二次戰役中，誌願軍在東西兩線的英勇作戰，造成“聯合國軍”從向鴨綠江的“總攻勢”轉入防禦進而又轉入向“三八線”的“總退卻”，在政治上迫使美國放棄“殲滅北朝鮮軍隊，按照聯合國的宿願在聯合國管轄下實現半島的統一”的戰爭目的，而開始考慮如何保全美軍在朝鮮戰場上的生命問題了。
英國牛津大學戰略學家羅伯特·奧內爾在其所著的《清長之戰》中寫道：“中國從他們的勝利中一躍成為一個不能再被人輕視的世界大國。如果中國人沒有於1950年11月在清長戰場穩執牛耳，此後的世界曆史進程就一定不一樣。”
第二次戰役結束後，張翼翔率領20軍參加了第五次戰役的作戰，殲滅南朝鮮軍第5師和第7師5個營，繼而又在華川地區進行防禦作戰，後隨9兵團擔任東海岸守備。1952年10月，張翼翔率領第20軍班師回國。