1952年10月14日淩晨，美7師與韓2師共4萬人，動用了320多門重炮、30架飛機、127輛坦克，對駐防在北韓金化地區志願軍15軍陣地展開突然進攻。前所未有的火力密度，平均每秒就有6發炮彈落在志願軍陣地上，炮火幾乎照亮整個北韓半島的夜空。
美韓聯軍這次的攻勢蓄謀已久，7個營兵分6路對志願軍五聖山前沿高地發起猛攻，另有四個營進攻西方山和芝村方向。15軍寬約30公裡的正面防線上，幾乎都受到了美軍的攻擊。
同一時間，位于道德洞的15軍軍部内，10幾部電台接發電報的聲音甚至蓋過了不遠處的炮火聲。志願軍司令部、左右相鄰的38軍和12軍都在發電詢問戰場态勢。美軍攻勢非常猛烈，其各路佯攻和牽制部隊的迷惑進攻，在很大程度上幹擾了15軍軍長秦基偉的判斷。秦基偉雖認為美韓聯軍的主攻方向應該是西方山，而不是地勢險峻的五聖山。但多年的戰争經驗，又讓秦基偉産生了猶豫，美軍如此大的動作，背後未必沒有其他手段。
在前沿陣地鏖戰幾個小時後，秦基偉終于等到了他最想知道的消息。“上甘嶺！上甘嶺！”電話那頭的45師師長崔建功不斷地大聲重複，以便讓自己的聲音在巨大的炮火聲中顯得清晰一些。“美韓軍主力對我上甘嶺左右597.9和537.7兩個高地發起猛攻。”
在打了幾個小時的“糊塗仗”後，秦基偉終于看清了美軍的真實意圖，那就是志願軍中部戰線的咽喉五聖山。而上甘嶺作為五聖山的前沿門戶，戰略位置非常重要，關乎全局。而此時的堅守上甘嶺的志願軍45師處境非常不利，面對10倍于己的美軍輪番進攻，上甘嶺的陣地已經丢失了一半。
更為艱難的，是這次美軍的炮火投入非常之大。連續幾個小時的炮火和空軍凝固汽油彈的壓制，讓上甘嶺幾乎成為了一片火海，很多戰士甚至被活活震死。45師師長崔建功，這位從平型關戰役中走出來的老将，在電話裡給秦基偉立下了軍令狀“剩下一個連，我當連長，剩下一個班，我當班長，我犧牲了，副師長替我。”
45師血戰幾天，傷亡較大，但為了守住陣地。崔建功大膽讓戰士們發起反沖鋒，奪回陣地，全師15個連全部投入戰鬥。很多陣地反複易手，每一次交鋒都是一場血與火的拼殺，鮮血染紅了整個上甘嶺。當時進攻的美軍非常困惑，在如此猛烈的炮火覆寫下，志願軍戰士的戰鬥力為何還如此強勁？
直到韓2師的情報參謀親自帶着一隊偵察兵前往前沿，才發現志願軍修建了大量的坑道，以此防禦炮火的攻擊。此時的志願軍的陣地防守，并不是隻是靠着戰士的力量，還有非常完善的工事防禦建設，這也是這支部隊真正可怕的地方。
7天7夜，坐鎮指揮的秦基偉幾乎沒有睡上一分鐘，不斷指揮部隊支援上甘嶺，同時讓45師展開反擊。10月31日，在志願軍收複大量丢失陣地後，美軍再次在空軍和炮火的支援下對597．9高地進行反撲。
黃昏時分，在美軍發起最後一次集團沖鋒時，一架美軍F－51強擊機因低空支援步兵進攻，被志願軍低空火炮擊中，在空中爆炸。飛機殘骸攜帶這大量的火團和金屬碎片砸向沖鋒的美軍，吓得美軍士兵抱頭鼠竄，志願軍戰士趁機發起反沖鋒，大獲全勝。見此場面，秦基偉曾大笑言道“美軍見識少，膽識也差。人倒黴了喝口涼水也塞牙，仗打順了地炮也能打飛機。”
上甘嶺戰役共曆時43天，雙方在面積僅有3.7平方公裡的兩個高地上進行最激烈的攻防戰鬥。志願軍的陣地山頭被炮火削低了2米，共打退美韓聯軍900多次沖鋒，取得了最後的勝利，打出了赫赫國威和軍威，也向世界宣告，這是一支不可能被戰勝的軍隊。