第377团在占领望美山后继续向北推进。
14日凌晨，第39军第115师派出两个团参与战斗。
这次攻击暴露出了两个在指挥和协同方面的显着问题：
首先，攻击部队编制繁多，且彼此缺乏沟通，导致多头指挥、各自为战的局面。尽管战前明确规定主要攻击部队由第119师负责指挥，但由于诸多行动需要军一级单位之间的协调，实际上第119师无法发挥主导作用，仍然必须依赖邓指直接下达命令。
令人难以置信的是，当晚邓指甚至未与第119师保持联系，各师团之间的通信联络问题更加严重。结果，各部队各自为战，行动毫无统一，打到哪里算哪里。
其次，攻击发动得非常仓促，部队行动也显得急促而混乱。由于担心敌人会撤退，上下都过于强调“快”字。部队从接到攻击命令到实际发起攻击，仅有一个半小时，根本来不及做充分准备，只能临时应对。这导致原本应是攻坚战的行动变成了零星的袭击战，甚至让美军误以为志愿军只是进行了试探性的侦察，并未施加实际压力。
吴信泉回忆，当天许多部队是怀着“发洋财”的心态前往砥平里的。
第115师原本计划采取两个梯队的部署方案，但负责担任第二梯队的团坚决反对。他们的理由是，砥平里敌人并不多，甚至听说敌人有逃跑的迹象，如果安排在第二梯队，恐怕什么都捞不到。
14日拂晓，攻击部队未在天亮前疏散掩蔽，而是遵照邓指的命令，坚守外围已取得的阵地，准备在次日夜间再度发起进攻。
这一举动导致部队遭受了重大损失。由于砥平里周围都是低矮的小山丘，面积狭小，毫无遮挡，完全暴露在美军的火炮、坦克、高射机枪以及步兵自动武器的直接打击范围内。
此外，数十架飞机在空中整日不停地轮番轰炸扫射，山丘顷刻间化为火海，人员伤亡极为惨重，第359团3营几乎全军覆没。与此同时，师、团指挥所与前线阵地的联系中断，想要撤回部队已不可能实现。
14日凌晨5时，邓华致电彭德怀，汇报砥平里战斗的最新情况。
这时候，邓华重新调整了部署，决定于14日晚间，继续派遣第119师、第120师、第126师和第115师的6个团发起对砥平里的进攻。
而美军正遵照李奇微的指示，迅速调动兵力，封堵志愿军在中线第10军和西线第9军之间撕开的缺口。同时，美军正积极增援砥平里，力图稳固防守，以牵制志愿军的行动。
由于志愿军阻挡了第10军派出的援兵，第2师第38团在原州西南的文幕里附近，导致其无法向西推进，李奇微因此改令第9军派出强有力的一部队向砥平里突进。14日，第9军将第1骑兵师第5团和第8团调至梨浦里，韩军第6师部署在骊州与利川之间，英军第27旅则布置在骊州与文幕里之间，以掩护西线翼侧，策应第10军，阻止中朝军队向原州方向的进攻扩展，并对砥平里形成威逼态势。
第1骑兵师第5团在增编了2个野战炮兵营、2个坦克连和1个工兵连后，组建为一个支队，被称为“柯罗姆贝茨特遣队”，直接向砥平里发起攻击。战场局势逐渐发生转变。若敌方援军大量增援，砥平里攻势受阻，战斗陷入僵局，整个战局可能会逆转。
14日下午5时，彭德怀致电邓华，强调“攻歼砥平之敌，必须充分准备应对援军”。至此，彭德怀深刻认识到，砥平里已成为当前战略的关键，攻守成败直接关系全局走势。
正因为如此，他在电报中特别强调：绝对不能在砥平里和原州两地分散力量！敌人既然顽强抵抗，我就必须集中全部火力实施毁灭性打击！各部队务必要清醒认识到，如果能彻底、干净地歼灭一个美军团和一个法军营，同时妥善应对援军并击溃其部分力量，敌人的整体防线必将崩溃。
然而，此时第39军的领导人却表达了不同的观点。
14日13时，第39军曾发电命令“歼灭砥平里之敌”，然而仅仅两小时后，军方领导致电邓指与志司，建议“停止对砥平里的进攻”。
电报内容如下：砥平里敌军兵力约八千人，且集中在有利阵地，具备一定的防御设施（如地堡、铁丝网）。我方攻击部队仅有六个团，准备不够充分，仓促发动攻击未能奏效。为稳妥起见，今晚暂不发起进攻，待集中强大炮火和调集新的兵力后，再进行总攻。第39军的建议未被邓指和志司采纳。
让我们重新回到14日上午的战场。围攻砥平里的志愿军，几乎都是最早入朝的老兵，见过美国人的飞机无数，但从未见过在这么小的地方竟然集中如此之多！大量敌机从早晨到中午一直进行轰炸。到了中午，砥平里被包围的美法联军竟然派出坦克突围！西线的惨烈阻击战场景在这里再次上演，一批又一批的中国士兵倒在了美军的火力网下。
终于熬到了天黑，白天出击的美法联军已全部退守到环形防线之内。夜晚是中国人的主场。14日夜间，第119师从北方突袭，一度攻占凤尾山的主要阵地；第115师则从南方突入，于次日凌晨2点成功打入砥平里镇内，给守军带来了巨大的压力，甚至使美军指挥官弗里曼受伤。
然而，就在这一关键时刻，志愿军火力不足的劣势再度显现。虽然他们在多个地点突破了美军防线，但缺乏足够的力量扩大战果。美军飞机投下大量照明弹，强烈的白光刺破夜空。上万名志愿军从四面八方向着方圆不到两平方公里的砥平里防线发起猛攻，而美军则利用炮火在志愿军进攻的路上，织出一道火力屏障，大批志愿军步兵倒在冲锋路上。
志愿军炮兵焦急万分，眼看着只要有足够的火炮和弹药，他们完全可以用猛烈的炮火将这片像猪圈一样大小的阵地夷为平地，把六千美法联军炸得灰飞烟灭。然而，现实却让他们无能为力。负责提供火力支援的主力部队，42炮兵团，由于马匹受惊，再加上惨遭空袭，整个部队被炸得支离破碎，无法赶到战场。
攻击部队仅有3个炮兵连，十几门火炮，总共不过四百发炮弹，弹药在不到两分钟内便消耗殆尽。凭借着无畏的精神，他们奋战至午夜，步兵在付出巨大牺牲后，终于突破层层炮火封锁，逼近敌人的环形防线。
志愿军以血肉之躯奋力抗击敌军的钢铁防线，虽付出巨大伤亡，最终却未能彻底解决问题。激战到黎明时分，仅在一定程度上压缩了敌人在砥平里的防御范围，却未能从根本上动摇其防线，砥平里仍未攻下。
战场局势陷入僵持，形势对志愿军愈加不利。
15日上午11时，邓指再次部署加强对砥平里的攻坚战以及阻击援军的行动。12时，邓华发布命令：“于十六日黄昏再次进攻砥平里”。
直到此时，邓华仍坚持继续战斗，但考虑到此战的攻坚特点，决定暂停一天，集中力量进行准备，计划在次日黄昏再度发起进攻，力争在一夜之间拿下砥平里。同时，他决定下一次进攻由第40军军长温玉成和政委袁升平指挥。
对于这次部署，吴信泉表示难以理解，尤其对交由温、袁二人指挥感到困惑。在他看来，温玉成对砥平里的局势没有邓华了解得透彻，指挥能力也不如邓华出色，更何况第40军军部还位于洪川以北，距离砥平里太远。
他表示，既然邓提到的电报能够直接发给承担攻击任务的3个师，那么他完全可以亲自指挥，为什么还要中途授权给第40军呢？
当天12时30分，吴信泉致电邓指，建议由邓统一指挥和具体部署，集中力量发起攻击。同时，他还特别强调要加强炮兵的火力支持，并指出如果炮兵准备不足，则不宜贸然发动进攻。
温玉成对于承担砥平里战役的指挥任务感到相当为难。
横城反击战结束时，第40军的三个师并不在他直接掌控之下，第118师被临时划归第66军指挥，同时担任邓指的预备队；第120师则配属给第42军，南下准备攻打原州；第119师则直接由邓指指挥参与砥平里战斗。直到砥平里的进攻两次失利后，才明确由第40军统一指挥。
有战史研究者因此推测，这实质上是让温玉成来“收拾残局”。
久经沙场的温玉成也按捺不住心中的不满，这到底打得是什么乱仗？
事实上，邓华对指挥关系的调整，原本是为了区分围绕砥平里的两个作战任务——攻坚和打援，并分别赋予第40军和第39军相应的指挥职责。这样不仅有助于行动的统一，也能使前线指挥员能够根据战场形势灵活应对。然而，由于当时各军、师的建制多已被打乱，且彼此之间未能建立有效的通信联络，这一调整实际上增加了指挥和协同的难度。
查阅志司当年的相关文件，发现一封来自第42军领导的电报，内容表达了对砥平里之战前景的极度担忧。该电报的发报时间为15日11时。
此时，第42军与第66军共同承担牵制原州敌军的任务。此前，第42军曾向邓指建议，将第39、第40军的3个师分别调往原州西北和西南方向，“再打一场大仗，以便更好地策应砥平的作战行动”。然而，由于砥平里多次攻坚未能奏效，他们逐渐意识到问题的严重性，因此向志司建议，需要考虑下一步的攻防转换策略。
根据志司发出的文件，邓华和彭德怀直到15日午后才相继做出决定，认为在砥平里继续推进已不再合适。
15日下午1点，邓华打电话给彭德怀，请示接下来的行动计划。这封电报虽然没有明确表示放弃对砥平里的攻击，但邓华对于能否再度取得胜利显然已经产生了相当大的疑虑。
在他看来，解决砥平里问题需要满足两个条件：其一，攻击部队至少需要两天的准备时间；其二，阻援部队必须在3至4天内抵挡住各路援军。为了应对可能出现的不利局势，他提出了一个预案：如果攻克砥平里的计划未能实现，主力部队将撤至横城以北，待条件成熟后，再伺机在运动战中消灭敌人。
由于美军增援速度的快慢直接影响攻击准备时间的长短，邓华命令各军、师部队：白天要加强伪装和隐蔽，阻援部队必须时刻做好战斗准备。同时，派遣小分队携带报话机潜伏在公路附近，侦察敌情并及时汇报。邓华还指示，所有电台和报话机必须全天24小时保持开机监听，防止漏接下级的报告。
不久，一个重大情况上报：美军第1骑兵师的“柯罗姆贝茨特遣队”当天清晨推进至砥平里南约6公里的曲水里。随后，该部队以23辆坦克组成装甲纵队，在航空火力的掩护下，突破了第42军第116师和第39军第126师的重重阻击，并于当日黄昏突入砥平里，与第23团战斗队成功会合。
有情报显示，来自骊州的韩军第6师和英军第27旅的先头部队正向砥平里推进。与此同时，西线美军第9军的各个部队已在骊州和长湖院里一带构筑了防御纵深，中线的美军第10军也在原州和武陵里一线建立了新的防线。
砥平里敌军实力增强，攻克难度进一步提升；与此同时，美军东西两线在原州、骊州地区的新防线已然构筑，借助横城反击战所打破的缺口向敌方侧翼和纵深推进的有利时机也随之消失。
15日下午14时30分，邓华发出停止进攻的密语代号，并立即起草电报发往各军、师单位，明确指出敌情发生了重大变化，决定停止对砥平里的进攻。各部队当夜撤出战斗，向北转移。这一决定同时上报给彭德怀和志愿军司令部。
志司对砥平里之战的得失，以及此战对整个战役进程的影响进行了全面分析，指出在美军完成部署调整的情况下，即使15日夜间能够解决砥平里的问题，从全局来看也已经慢了一步，难以迫使敌军撤退。
要实现既定的战役目标，必须从根本上动摇敌方的进攻部署，不仅需要尽早歼灭砥平里的敌军，还需击溃并歼灭相当数量的援敌，使志愿军主力及时推进至长湖院里以南区域。然而，在当时的情况下，实现这些目标面临诸多困难。
攻打砥平里由于增加了准备时间，不得不推迟到16日黄昏才能发起，而阻击援敌也难以取得预期的歼灭效果，志愿军主力南下至长湖院里的行动更是难以达成。因此，在收到邓华关于撤出砥平里战斗的电报后，志司于17时30分立即回复，表示同意他的决定。
18时30分，邓华致电彭德怀、洪学智和解方，同时通知金雄和韩先楚，汇报停止对砥平里攻击后的部署调整情况。
根据时任志司作战处副处长杨迪的回忆，邓华在下达停止进攻和部队转移命令时，心情颇为不安。他担心志司可能不同意他的决定，并作出其他安排，这样一来，部队将不得不再次进行部署调整，势必增加行动的难度。直到收到彭德怀的复电，邓华才终于松了一口气。
关于停止对砥平里的攻击，战史研究者的观点存在分歧。有些人认为，即便美军的装甲增援部队已经成功进入砥平里，这并不代表原定的歼灭目标无法实现。
当时，美军第9军的其他两支援军都被阻挡，原州方向的第10军也无力进行强有力的反击。此时，志愿军已在砥平里地区部署了充足的兵力，经过充分的准备，完全有信心一举歼灭砥平里的敌军。然而，就在总攻发起前的几小时，邓指下令撤出战斗，导致砥平里攻坚未能成功，实在令人惋惜。
客观来看，当时的局势决定了停止攻坚的利大于弊。即便攻下砥平里，也难以对整体战局产生显着影响，何况继续攻坚无疑会加大伤亡，为一场局部战斗付出过高的代价，最终却无法对全局产生实质性帮助。因此，放弃这样的战术成果是合理的选择。
2月16日拂晓前，砥平里进攻部队陆续撤出战斗。与此同时，前出至原州附近的志愿军也开始转移，向砥平里以北的龙头里至横城一线及洪川以南区域集结。
战后，357团团长孟灼华哭着向上级报告：毙伤美军800余人，自身伤亡1830人。
砥平里攻坚战的失败带来了深远的影响。李奇微在其回忆录中提到，美军打过许多硬仗，但没有一场比砥平里战役更具“巧妙、英勇与顽强”。
在这次战斗中，美军投入步兵第2师第23团、第1游骑兵连、第37炮兵营（105榴弹炮）、第503炮兵营B连（155榴弹炮）、第82自动高射武器营B连、第2工兵营B连，坦克一个连，第2医疗营1个排，法国营（配属韩军1个连），共计约6000人。这样的阵容，已经算是一个超级团战斗队。
美军第2师本来就是朝鲜战争中美国陆军最强的一个师，是美国陆军第二王牌部队，仅次于在欧洲的第1师。美军第2师前几次作战后，新补充进去的人员中，大量是参加过第二次世界大战的老兵，另外美军第10军还给第23团配属了法国营1020人，全是有经验的老兵。
整补后的美军第23团，其步兵的实际战斗力反而比入朝时更强。加上加强、配属美军第23团的部队，在砥平里的美军第23团战斗队，实际上已成为当时美军最强大的团级战斗队之一。
这也是美国陆军上将马修·邦克·李奇微要求第23团战斗队坚守砥平里的原因之一。如果美军当时的最强部队都不敢坚守或者不愿意坚守，那这个仗没办法打了。
志愿军在砥平里战役中，先后投入了8个团。在满编情况下，志愿军参战8个步兵团加上配属部队总兵力将近3万人，但必须强调的是，经过前三次战役，志愿军各部减员非常严重。到第四次战役时志愿军参战的各团兵力仅为第一次战役前的二分之一到三分之二。由此可以推测每团大约在1500到2000人左右。加上加强、配属的部队，志愿军砥平里参战总兵力大约在1万5千人。
砥平里战斗，志愿军对美军兵力对比为：2.5：1，这差不多是整个抗美援朝战争期间，志愿军对美军进攻作战的平均水平；但火力对比却是1：33（综合重火器数量和火力密度），远远低于抗美援朝战争运动战期间平均水平，更不要说与阵地战期间相比了。
美军战史记载，第23团战斗队在这场战斗中给志愿军造成了4948人的伤亡，此外，柯罗姆贝茨特遣队则给志愿军造成了超过500人的伤亡。在砥平里防御圈内，共有79名中方战俘被俘。综合这些数据，志愿军在砥平里战场的总战损人数超过了5500人。
由于美军在计算敌方战损时常使用估算数字，并且往往夸大和渲染，数据往往存在较大水分。志愿军方面并未对砥平里之战进行完整的战损统计，仅在第40军的检讨报告中提到，该军三个团的战斗中“击毙敌人800余人，我方伤亡失踪人数达1830余，敌我伤亡比例大约为一比二”。
如果参照第40军3个团的战损情况推算，志愿军在此战中的总伤亡应在3000至4000人之间。而美军第23团战斗群伤亡人数是404人。志愿军与美军伤亡比为8比1，纵观整个抗美援朝战争，这个伤亡比确实吃了大亏。
从这一点来看，这场战役确实是得不偿失的。
西方的战史对砥平里之战的结果，尤其是它对后续“联合国军”作战的影响，评价颇高。对美军而言，砥平里之战在心理层面具有某种转折性的意义。
美国陆军第八集团军简史对这场战斗的评价是：“砥平里战斗是美军在与中共军作战中首次获得战术上的成功，这不仅激励了全军的信心和希望，还消除了美军决策层对战局发展的疑虑。这场胜利的意义堪比英国第八军在阿拉曼的胜利，也被称作‘第二个仁川’。”
《韩国战争史》如此夸耀：“第2师在砥平里的英勇坚守，后来被证明是扭转共产党进攻局势的关键转折点。”
在此前的战斗中，美军每次遇到志愿军的迂回包围，通常在稍作抵抗后便迅速撤退，以避免被全歼。然而，经过砥平里战斗后，他们对志愿军在攻坚方面的弱点有了充分认识。再遇到志愿军的迂回包围时，美军开始敢于坚守阵地。只要能够顶住夜间的攻击，坚持到天亮，就能在空中力量的掩护下强行突围，或等待援军到达，恢复原先的阵地。
砥平里之战表明，志愿军由于火力不足以及“月夜攻势”的局限性，难以在一次战役中彻底歼灭美军一个整编团。志愿军不得不以规模更大、数量更多的建制单位，去对抗美军较小、较少的建制部队，并在相对狭小的区域内保持过高的兵力密度。
一旦遭遇敌方火力的覆盖，往往会造成严重的伤亡。与此同时，美军团级部队的自信心逐渐增强，甚至在很多情况下敢于与志愿军师级甚至军级部队抗衡，这无疑增加了志愿军在攻防作战中的难度。
在解放战争时期，粟裕曾对战场上的这种局面进行过相关分析。
他指出，如果你无法消灭敌人的一个营，他们就会以营为单位展开行动，一个整编师能够分成二三十股来围追堵截你，导致敌人无处不在，使你时时不得安宁，处处陷入被动挨打的局面，日夜疲于转移。最终，部队无法得到休整，疲惫不堪，士气低落，局势愈发艰难。
相反，如果你能歼灭敌人的一个营，它便不敢再单独以营行动，而是改为团的规模，这样就变成了七八路。如果你能消灭敌人的一个团，它也不敢再以团独立活动，而是以旅为单位行动，结果就成了两三路。如果你能击溃敌人的一个旅，它便不敢再以旅为单位单独行动，最终只能以师为单位，变成一路了。
这一分析，完全可以用来解释志愿军在朝鲜战场上与美军的作战。
在砥平里战役之后，着名将领邓华在志司进行了深刻的自我反省。
邓华的检讨不仅上报了中央军委和志愿军司令部，还直接送达各军以及韩指、金指，向上级、同级和下级同时承认自己的过失，承担应有的责任。
据当事人透露，有些军长之前对邓指有不满，但在阅读电报后深受感动，因此改变了看法。对于砥平里之战，志司并未过多指责。后来，志司在召开总结会时提到砥平里攻坚失利的情况时，只是提到邓华同志发了个电报给各军，并没有再进行批评。
邓华的挚友韩先楚至死都认为还是应该先打砥平里，且在以后的日子里多次提及不能忘了砥平里的教训，即使在邓华落难之后，也没有顾及邓华的面子。
砥平里的失利使彭德怀稳定战局的希望破灭，东线的反击未能实现打破敌军战役布防的目标，西线的阻击因此也变得毫无意义。1951年2月16日，38军全线撤回汉江，标志着惨烈的第四次战役第一阶段的结束。
砥平里之战后，中朝军队开始进入了全线防御态势，这一仗也就此成为了抗美援朝战争中，许多老将心中永远的痛。
坊间有个说法是，原志愿军39军军长吴信泉中将，听说了砥平里发现了19具志愿军遗骸的事后，白发苍苍的他泪流满面。这其中或许有对战斗失利的不甘，但更多的应该是对自己麾下那些牺牲于此地的将士们的深切思念吧。