在第一次597.9高地反击战胜利结束后，加强连的连排干部、党团员、战斗骨干召开了战斗总结分析会。在会上充分发挥了军事民主，大家踊跃发言，对战斗中存在的问题、需要发扬的优点、下一步的战术安排进行了充分的讨论；经过近2个小时的会议，最后达成以下几个共识：1.白天在阵地上少投入力量，继续采用九连一次投入3-5人、逐次添加的战术，并对敌人可能改变战术要有心理准备。2.对于敌人可能再次以坦克为突击力量的情况加强侦察，随时呼叫炮火支援，尽量节省火箭弹的使用并注意节约弹药。3.要有我军由于炮弹储备而使炮火中断支援的准备，同时继续执行由张东方打击敌人高价值目标的战术。4.敌人的火力极有可能更加猛烈，进攻更加疯狂；我们要有最坏打算，力争坚守到天黑再退守坑道；同时要有坚守不到天黑的准备。5.夜间后方主力部队再次组织反击时退入坑道部队不管面临多大困难也要尽力配合反击部队恢复失去的阵地。5.张兰同志务必在坑道照顾伤员，所有同志都要有最后可能全部牺牲的心理准备。
10月15日早5时，美军再次集中300门大口径火炮对上甘岭597.9高地和537.7高地北山进行了比14日更加猛烈的炮击；在597.9高地上美军的炮火密度比14日还要大而且整整持续了两个小时，上甘岭的高山都被削去了0.5米。当美军炮火开始延伸时一些部队刚要出去迎敌，“等一等，我感觉哪里有不对劲儿的地方，大家再等20分钟。”，赵连发立刻制止了准备出坑道的部队。15分钟后，美军8架b-26轰炸机飞临597.9高地上空，数十枚重磅炸弹和凝固汽油弹倾泻而下；巨大的爆炸声和炸弹巨大的爆炸威力足以把597.9高地掀翻，数十枚凝固汽油弹把炸弹炸过的阵地瞬间变成一片火海......
“敌人步兵要上来了，准备战斗!到阵地后要散开，并随时准备躲避敌人的再次炮击和轰炸。”敌人的轰炸机飞走的轰鸣声过后，赵连发向部队下达了作战命令。志愿军部队按照战前制定的战术在不同阵地抵抗美军潮水般的进攻，张东方继续发挥特长专门打击美军前线指挥指挥人员等高价值目标。这次美军没有像14日大量使用坦克掩护步兵冲锋而是在距离志愿军阵地500米位置使用坦克炮进行火力支援，而且张东方发现美军前线指挥人员变多了一倍，打击他的炮火同样更加猛烈和精准；看来指导员反复告诉他要注意敌人的变化太有先见之明了（事实证明美军比较善于总结，战术改变也比较快）。
战斗很快进入了白热化状态，志愿军每5分钟就有一个战士冲出坑道增援，美军数次以整连向志愿军发起冲锋；同时美军不断向597.9高地各阵地炮击、飞机扫射、扔炸弹和凝固汽油弹......志愿军将士发挥高超的战术素养、大无畏的英雄气概一次又一次打退敌人的疯狂进攻；上甘岭的每一寸土地可以作证，朝鲜的三千里江山可以作证，我们的志愿军将士是最可爱的人！经过一个白天的殊死较量，由于伤亡过大赵连发、李文武决定部队于傍晚撤入坑道休整准备晚上配合后续增援部队反击。15日一个白天的战斗，美军仅在597.9高地的伤亡就达到600人左右（死亡达360人），美军补充的新兵损失过半。志愿军撤回坑道清点人数时能够战斗的人员还有20人，重伤员有10人（早晨战斗刚开始志愿军有256人）；连级干部只剩下赵连发、李文武两人，排长也只有老炮和七连三排排长；班长还有三人，36名党团员只剩下5人（5人里还包括赵连发、李文武和老炮），张东方受了轻伤（在一天的战斗中张东方击毙了美军6个军官和4个喷火兵）......15日一个白天的战斗中，597.9高地上的志愿军共击退美军32次进攻，沉重打击了美军的嚣张气焰。在15日白天的战斗中涌现出了无数可歌可泣的人民英雄，在2号阵地的防御战中136团七连战士党员赵卫国在战斗中十几次把手榴弹准确投入敌群，给美军重大杀伤；他数次躲过敌人的炮击，当美军战斗机低空扫射时（两名战友在敌人低空扫射时牺牲），端起机枪对着敌机一顿射击并击落一架敌机。在与敌机对射过程中赵卫国多处负伤尤其腿部的伤更加严重，敌人趁机冲上了2号阵地；身负重伤的赵卫国抓过一个爆破筒与冲上来的敌人同归于尽！136团八连二排排长李军豪在5号阵地只剩下自己一个人时，不断变换位置射击、投弹与美军较量了近一个小时，毙伤敌80余人；当敌人两个喷火兵冲上阵地时，已经耗尽弹药的李军豪用刺刀干掉一个，在另一个美军喷火兵把他淹没在火海的瞬间用尽最后的清醒和力气与敌人抱在了一起......老炮和张东方在战斗中同样多次面临敌人冲上主峰阵地的情况，二人多次共同与数倍于己的敌人肉搏；数次打退敌人的进攻，当他们返回坑道时几乎浑身是血；张兰为他们检查时惊讶地发现两人只是受了轻伤。“我和排长都到了马克思家门口被马克思拦住了，马克思说我们杀的敌人还不够多，太平军和义和团的前辈们还不满意；让我们回去更多消灭敌人，报效祖国！我们只好回来了.....”张东方在张兰上药时和张兰调侃到。“可惜后来连长让我们撤入坑道，不然我和排长就把敌人......”张东方还要补充被张兰打断，“如果不是连长和指导员命令撤下来你和排长可就真在马克思那里长住不回了......还有就是副排长和张东方同志的伤虽然不重但每个人都受了十几处伤，一定要重视伤情。”张兰在为老炮和张东方上药时再次强调。597.9高地上白天的战斗结束了，撤入坑道的志愿军将士等待着晚上的反击......
10月15日早晨南朝鲜第二师同样在200门火炮和几十架飞机、几十辆坦克支援下对537.7高地北山发起了猛烈进攻，志愿军同样采用前沿和表面阵地少投入力量、逐次增援前沿和表面阵地的战术与敌人展开了激烈较量。10月15日白天537.7高地北山经历了与597.9高地几乎相同甚至更加残酷的考验，经过一个白天的浴血奋战志愿军与597.9高地一样暂时放弃表面阵地撤入坑道，准备晚上配合后续部队的反击。在10月15日一个白天的战斗中南朝鲜第二师伤亡高达700余人，志愿军部队也由280人减员至40人左右。
从10月16日开始，志愿军15军根据敌情的变化，把负责守卫上甘岭的45师由原来的助攻改为主攻，军、师一级炮火开始向上甘岭方向移动；15军开始集中力量保障45师的后勤供应；15军专门成立了相应的炮兵指挥所和后方后勤机构，积极向坑道补充弹药、食物、药品和水等关键性后勤物资；同时进一步加大力度支持45师对敌人的反击行动。在10月15-10月17日三天时间里，在上甘岭的作战基本模式就是敌人在白天利用火力和投入作战人数优势占领上甘岭597.9高地和537.7高地的表面阵地，我军利用夜间每次集中5-8个连在炮火支援下、在坑道部队配合下夺回597.9高地和537.7高地北山的表面阵地。每天白天的防御作战和晚上的反击作战无论对志愿军还是美军都是极大的考验，双方在阵地上杀声震天，战斗十分胶着；597.9高地和537.7高地北山在16日中午表面阵地就丢了三分之二，志愿军增援部队冒着敌人的空袭炮火封锁下午就发起了反击；不但恢复了表面阵地，守卫部队第一次在上甘岭呼叫炮火支援，而且把距离阵地500米左右进行火力支援的敌人坦克第一次打掉了。志愿军喀秋莎火箭炮营在16日下午的反击战和阵地防御战中还进行了延伸射击，一度压制了美军的炮火（这是抗美援朝战争中第一次较长时间压制了美军大口径火炮的大面积炮击）。在这几次拉锯战中美军付出了远超其预想的代价，而且还没有稳定占领上甘岭两个巴掌大的高地（战后我们知道美军计划5-6天完全稳定地占领上甘岭，付出200人左右伤亡实现其占领目标，美军把这次进攻称为“摊牌行动”）；实际美军第一天伤亡就达到600人以上）；美第八集团军军部和下属情报部门一直疑惑一件事情：“中国军队是怎么在超级饱和的炮火和航空火力下生存下来的？白天每次超强火力打击后，中国军队都有足够的力量守住阵地；而且大部分时候能坚守一个白天，中国军队到底用了什么办法？”美军百思不得其解.....