年11月27日，20军和27军冒着严寒秘密进入了柳潭里和新兴里以北地区。当日黄昏，我军对进入长津湖地区的美军发起了突然袭击。从西侧进攻的20军第60师，在彭飞师长指挥下占领了富盛里一线，切断了下碣隅里敌人的南逃退路；58师在黄朝天师长指挥下进至上坪里地区，从东南西三面包围了下碣隅里之敌。59师在戴克林师长指挥下，占领了下碣隅里西北的死鹰岭阵地，割断了柳潭里和下碣隅里敌人的联系。
从正面进攻的27军，由孙瑞夫师长率第81师主力占领了位于赴战湖西侧的小汉岱地区，割裂了美步兵第七师和美陆战第一师的联系；肖镜海师长率第79师向柳潭里之敌进攻，当夜歼敌一部，与敌形成对峙；詹大南副军长指挥彭辉副师长所率第80师及丁亚团长所率第81师第团，包围了新兴里之敌。
在新兴里据守的是美军第7师31团，该团成立于年，是美国陆军最精锐部队之一。因为在第一次世界大战中表现出色，时任美国总统的威尔逊为了表彰该团的战功，授予该团“北极熊团”称号。之后北极熊团又参加了许多重要的战役和战斗，表现十分出众，自称为“45年从未打过败仗的劲旅”，是美7师手中最有力的一张王牌。
为了加强该团的防御力量，美第7师又将师属炮兵营和坦克分队加强给了北极熊团，这样一来，该团总兵力就达到了人。28日黄昏，詹大南指挥4个团的兵力对包围圈内的北极熊团发起了攻击。虽然我军在兵力上占据优势，但武器装备远不如对手。面对敌人用坦克和装甲车摆成的环形防御圈，没有重炮和反坦克武器的志愿军，数次冲击都没能打开突破口。
天亮后，为了躲避敌机的轰炸，我军主动撤出了战斗。北极熊团团长麦克莱恩害怕在运动战中被我军歼灭，因此没有贸然突围。29日夜间，我军继续向敌人发起进攻，虽然战士们英勇奋战，但依然没能突入敌人的核心防御圈。连续两晚攻击失利，詹大南把参加进攻的营、团长们召集起来开会，商讨如何打敌人的铁乌龟。最后决定把4个团全部的炮火加起来，集中一点突破，然后冲进去和敌人拼刺刀。
30日晚间，詹大南亲自指挥部队对北极熊团展开了第三次攻击。战斗打响后，团和团分别从东南和东北方向向敌人佯攻。敌人的注意力刚被吸引过去，20多门口径大小不一的火炮从正面突然开了火，团和团的战士们跟着弹着点就冲了上去，敌人被打了个措手不及。战至12月1日拂晓，我正面攻击部队终于把敌人的防御圈撕开了一个大口子，战士们嗷嗷叫着冲进村里和敌人展开了肉搏。
在明晃晃的刺刀面前，美国人很快胆寒了。为了逃脱被围歼的命运，北极熊团丢下了所有重炮，在40余架飞机的掩护下，以10余辆坦克为先导，开始狼狈突围。詹大南立即命令部队拦阻追击，团猛烈扫射突围之敌，并炸毁公路上的桥梁，将敌人拦截于高地前。其它各团则依托公路东侧的有利地形，从美军队形的侧面、正面和后尾实施冲击。
北极熊团很快陷入了我军的重围当中，战士们冲下公路，和敌人展开了混战。敌人妄图用坦克开路，战士们抱起炸药包和集束手榴弹就往上冲，将这些铁乌龟一一炸毁，然后和敌人拼起了刺刀。面对英勇无畏的志愿军勇士们，美军这支王牌部队胆寒了，突围变成了无序的大溃逃，最终被志愿军全歼，团旗也被我军缴获。号称45年从未打过败仗的美军王牌北极熊团就这样全军覆没了。
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