当晚大雪纷飞,气温继续下降,志愿军冻伤人数大为增加,但仍于23时以四个团的兵力发起了猛攻,238团从东南、239团从南、240团从东北、241团从西(241团是接替239团在新兴里西南1250高地后再绕道新兴里西面及西北)同时开始突击,由于获得了一些弹药补充使志愿军此次攻击可以实施近45分钟的炮火准备,战至拂晓238团首先突入新兴里村内,接着其他各部也多处取得突破攻入纵深,与敌展开逐屋争夺。在纵深战斗中,初次与美军交手的241团还不知道美军火力之猛,2营、3营在公路沟附近以密集队形冲击,结果遭到美军猛烈火力拦阻,伤亡较大,七个连完全失去战斗力。由于通信不力,战地总指挥詹大南无法及时有效进行指挥协调,整个战场呈现出混战态势,而美军经连日激战,外援断绝,士气畏缩,在此前的战斗中发挥极大作用的自行高射炮车因为弹药不足只能进行单炮射击,导致火力锐减。美军在志愿军四面猛攻下,渐显不支。詹大南见战场形势有利,果断下令天亮后继续攻击务求全歼该敌!天亮后新兴里上空低云密布,所以美军飞机无法进行空中支援,见无空中威胁,志愿军士气大盛,攻击更为猛烈。直到9时许,才有一架海军的舰载机穿越云层到达新兴里上空,与地面的陆空联络小组取得联系,通报中午天气将会好转,届时将会有空中支援,而费斯中校则通过陆空联络小组请求该机向下碣隅里的陆战1师空中支援管制中心转告31团支队已很难再坚持下去,即将实施突围,请求天气好转后就立即派出最大架次飞机进行支援。
12月1日10时许,费斯召集军官会议,各部都在为弹药即将告罄而叫苦,40毫米高射炮炮弹已经用尽,12.7毫米高射机枪和榴弹炮、迫击炮的弹药也都所剩寥寥,费斯中校于是决定等天气好转空中支援一开始就突围,下令所有车辆装载伤员,不能带走的补给和装备全部破坏,32团1营为前卫,57炮兵营和重迫击炮连打掉所有炮弹,然后破坏火炮,炮兵改成步兵保护车队,31团3营为后卫。11时天气开始好转,美军飞机陆续飞来提供支援,费斯随即指挥部队开始突围。12时45分,在将所有炮弹倾泻一空后,31团支队以惟一完好的M19自行高射炮车(另三辆均已损毁报废)为前导,尽管该车弹药已经所剩无几了!另2辆自行高射机枪车编入车队,伤员分乘35辆2吨、3/4吨卡车和吉普车,其他人员全部步行,全力向下碣隅里突围。车队刚离开阵地就遭到志愿军顽强阻击,史坦福赶紧召唤空中支援,攻击机投下凝固汽油弹,将志愿军阵地化为一片火海,由于距离太近,最前面的美军也有10多人被殃及,一度引起混乱。在费斯竭力督促下才借着凝固汽油弹的攻击效果突破志愿军的阵地。——美军突破的正是志愿军241团的阵地,241团3营8连所在阵地首当其冲,打退美军几次冲击后,8连官兵伤亡殆尽,只剩下阎洪全一人,他孤身奋战终于坚持到友军赶到。241团虽奋力阻截,并给予美军以大量杀伤,但未能堵住美军的突围。在新兴里的志愿军238团、239团和240团肃清当面之敌后,纷纷转入向美军突围方向追击截击,公路上到处是混战。240团3营7连2排5班长隋春暖在攻击内洞峙战斗中表现出色,不顾两个脚趾冻伤首先指挥5班迂回攻占制高点,保障了正面攻击的连队主力的安全,当2排遭到敌交叉火力拦截,便主动建议自己率领5班坚守阵地掩护全排转移,并击退美军多次反击,最后当邻近的8连阵地被突破的危急关头,主动率领全班从敌侧翼发起攻击夺回了阵地。此时仍带伤指挥全班追出近十公里,在公路上截住一股美军,隋春暖勇敢地与敌展开近战肉搏,一连毙敌多人,生俘5人。战后隋春暖获得特等功臣称号,并荣获朝鲜民主主义共和国战士荣誉一级勋章,5班也被授予“新兴里战斗模范班”荣誉称号。——有一股美军企图步行从冰封的长津湖面上绕过志愿军的阻击,结果冰层轰然坍塌,尽数落入湖中冻溺而死。
由于途中不断遭到攻击,所以车队前进速度极其缓慢,平均每小时仅1.6公里,甚至徒步的步兵都超过了车队。直到15时许才到达新兴里以南约3公里处的一座断桥(这是突围中所遇到的第一处断桥),车队整整花了两个小时才渡涉过河(是M19将卡车一一牵引过河)。而经过这番折腾,M19和M16装甲车的燃料全部耗完,只得丢弃在路上。
车队过断桥后继续向南,遭到了志愿军242团3营从1221高地射来的密集火力,不少驾驶员伤亡,好在车边的士兵一见驾驶员伤亡就马上跳进驾驶室顶替。不久车队又遇到志愿军在1221高地东面大拐弯处布置的路障,车队一停下来就遭到了志愿军火力射击,很多士兵只好跳到路旁山沟里躲避横飞的子弹。有一队志愿军从东面山头冲向公路,史坦福赶紧召唤空中支援,应召而至的F4U以猛烈的扫射阻止了志愿军的冲锋。费斯拼命激励士兵冲上1221高地,再从背后攻击封锁路障的志愿军阵地,此时整个部队几乎已经失去掌握,只有几个军官各自带领几群士兵毫无协同地冲上1221高地,高地上的志愿军已经撤走,美军遭到最大麻烦不是志愿军的射击,倒是自己飞机的误击。冲上高地后,几乎失去指挥的美军有的就干脆从南面下山,只有300多人在费斯亲自指挥下转向往北,从后面清除路障(费斯亲手处决了一名躲在汽车下面的韩国籍士兵才控制住部队),公路上的美军也在几名军官的督促下奋力攻击,两下夹击总算排除了路障,但费斯在战斗中被手榴弹炸成重伤,不久死在车上。费斯在战斗中表现可谓英勇,多次身先士卒带头冲锋,但是美军认为他赢得了英勇的名声却输掉了胜利,不过以他的表现还是无愧于被追授的国会勋章。——费斯负伤后,已经因为在沿途战斗中军官和士官不断伤亡而逐渐失去控制的部队更是失去了最后的组织,31团支队的最后崩溃由此开始。路障被排除后,美军将一些损毁车辆推下公路,将重伤员塞进其余车里继续前进,此时整个部队已经全然没有前卫后卫,只有一些还能行走的轻伤员屏护着车队。不久车队又遇到了由被伏击的31团卫生连的车辆组成的路障,由于附近没有志愿军所以美军迅速排除路障继续前进。
19时30分到达1221高地以南第二座炸断的桥,车队只好寻路而逃,绕道向西经废弃铁轨的铁路桥,好在这里没有志愿军,才没受到阻挠。但是好景不长,这支只剩下最后不到20辆车的车队在后浦以北公路上再次被路障所阻,只有载着费斯的第一辆车强行冲过(后来终因燃料耗尽而丢弃在公路上),其余车辆全被截住,而志愿军主力也蜂拥而至,31团支队残部就此彻底崩溃,美军分成数股四散而逃,一路美军在后浦以北地区被242团1营迎头截住,经过一夜激战,至12月2日凌晨被尽数消灭。在整个突围过程中,美军出动20架次飞机进行空中支援,很多美军士兵认为如果没有史坦福的陆空联络,可能会有更多的人死伤,在31团支队最后溃散后,史坦福捣毁对空电台,几经周折逃过志愿军的搜捕,回到下碣隅里。据回到下碣隅里的美军回忆,当志愿军主力追上31团支队后,只对车队进行了攻击,将车上的一些轻伤员俘虏后便匆匆撤走,而没对周围进行仔细搜寻,使不少零散美军士兵得已沿长津湖边隐蔽南逃,摆脱了志愿军的追击,逃入下碣隅里。——从子夜开始就有突围官兵陆续到达下碣隅里,陆战1师派出向导到防线外迎接,带领他们通过雷区。前半夜多是成群结队,最多的一股达百余人,后半夜则多是零星人员。2日凌晨下碣隅里的陆战1师第1汽车运输营营长奥林·比尔(Olin L. Beall)中校见有些伤员都能自己回到下碣隅里,判断可能还会有人需要帮助,便独自驾驶一辆吉普车开出下碣隅里寻找失散人员,很快就发现很多零散人员,他马上返回下碣隅里组织一支由卡车、吉普车和雪橇组成的小型车队前去接应,比尔的这个接应队两天里一共救回了323人。被比尔中校救出的人里,二等兵埃德·里夫斯这样回忆被搭救时的感慨:“比尔中校,对我来说,你简直就是圣诞老人!”一直到12月5日,都不断有31团支队突围而出的零散官兵陆续到达下碣隅里。
