27日子夜12时，志愿军集中80师和81师242团共4个团由27军副军长兼80师师长詹大南统一指挥对新兴里之敌发起了攻击。238团附240团2营沿着北面的山沟直插新兴里公路桥和新兴里二沟，因该团先头1营走错了路，所以团长阎川野临时改以3营首先投入攻击，3营以班排为单位同时对二沟50多个独立家屋发起攻击，1营赶来后穿过战斗正酣的二沟直扑新兴里北侧的1100高地和1200高地，然后就势冲入新兴里，240团2营迅速插入新兴里，美军阵地纵深，夺取了新兴里公路桥，然后协同238团3营肃清了二沟的美军，割裂了新兴里和内洞峙两地美军的联系。
239团主力从丰流里南下经泗水里展开攻击，先后攻占1455和1250高地后，从南面和东南两面冲入新兴里。穿插到新兴里以北策应238团渡丰流里江的2营4连，肃清1100高地附近的美军警戒排后，留下2班坚守1100高地，其余部队杀进村里，冲在最前面的指导员庄元东和1班多名战士倒在美军猛烈火力之下，连长李长言迅速改变战术，指挥部队以班为单位隐蔽前进，5班和6班战士在战斗中袭击了三间家屋，屋子里均有电话机、报话机，墙上还挂满了作战地图，原来打掉的是美军指挥部（据美军战史,这是美军31团3营营部，而不是我们以前认为的31团部，因为此时31团部还在后浦）,接着5班和6班继续向西前进，拂晓前夕突袭了美军57炮兵营a连阵地，干净利索地解决了一些还在睡梦中的美军炮兵，缴获了4门105毫米榴弹炮。a连余部退到b连阵地，才顶住了5班和6班的攻击。就在5班、6班接连取得战果之时，7班和9班夺取了公路桥边的屋子，控制了桥头阵地。至此，4连出色完成了穿插敌纵深的任务，但是4连伤亡已达67人，而且班排建制也已打乱，天亮后美军从三面反扑使得4连处境非常危险。在请示了营部后4连撤出了新兴里，可惜由于兵力不足，缴获的榴弹炮和大量物资既无时间破坏也没有带出。
此次战斗，4连5班和6班打得很出色，捣毁了美军指挥部，袭击了美军炮兵阵地，但美中不足的是行动并不彻底。由于事前并不知道靠近引桥的屋子是美军营部，因此在突入屋子的两名战士牺牲了后就没有再派人进去，只往屋里投了几枚手榴弹，屋内身负重伤的美军3营营长威廉·赖利(william r·relly)中校得以在天亮后获救，而当缴获的榴弹炮无法带回时又没进行破坏，使这些炮后来还能为美军使用。尽管如此，4连还是成为此次战斗中战果最为显著的连队，因此战后获得27军授予的“新兴里战斗模范连”称号。
81师242团则绕过新兴里，出其不意地出现在新兴里南面公路，1营和3营先后攻占公路两侧的高峰和1221高地，彻底截断了新兴里到下碣隅里的公路。当晚，美军31团卫生连从后浦前往新兴里，结果遭到242团伏击，除4-5人逃回后浦外，几乎是全军覆没。242团2营则从西南向新兴里攻击，正撞在美军防空炮营d连双联装40毫米自行高射炮阵地前，遭受重大伤亡。
