6月4日，军长傅崇碧命令189师下阵地修整，预备队188师顶上。
188师师长张英辉，在借鉴189师防御经验的基础上，还将铁原原有的堑壕和防空洞挖通，形成了一个巨大的地下防御网。美军的机械化部队在推进时，遭到了志愿军的顽强反击，100多辆装甲车陷入堑壕无法动弹，被志愿军击毁。
右翼的187师同样遭到了美军的猛烈攻击。187师在师长徐信的带领下，多次打退了美军的冲锋。
6月9日，187师手里只剩下了一个团的实际兵力。眼看阵地要守不住了，徐信下令，守不住就冲出去。
徐信请示军长傅崇碧，调来了全军仅剩的200多门火炮，趁着夜色向美军的阵地发起了进攻。
美军没有料到志愿军还敢出来向他们进攻，一时间阵脚大乱。炮击过后，志愿军对敌人发起了冲锋，炮火和手榴弹点燃了美军的弹药库，整个美军阵地上一片火海。参与过这场战斗的志愿军战士回忆美军阵地上的火光，都这么说：“那是一种红的、黄的、白的掺杂的火，是铁在烧！”
就这样，战斗持续到了6月12日，63军的志愿军战士们舍身忘死，在傅崇碧的带领下昼夜阻击，扛住了美军4个现代化整编师5万人的轮番进攻，牢牢地扼住了敌人的攻势，美军始终无法突破志愿军在铁原的防线。美军的收音机里，每天都能听到，“我军在铁原三角地带，遭到中国军队的猛烈阻击”。
这场大战打了整整14天，63军2.4万人，伤亡了2万多，几乎全军覆没。
美军同样也付出了2万多人的伤亡，自此北进的势头逐渐减弱，最终停止了进攻。
李奇微也因此倍受军方的责难，他无奈地表示：“敌人已经在其大批部队和补给完整无损的情况下安然逃脱”。
李奇微
彭德怀：我给你两万兵第63军在铁原的阻击战，挽救了我志愿军的不利态势，也粉碎了李奇微一举歼灭志愿军主力的企图。同时迫使联合国军转入了“战略防御”，双方在三八线附近长达两年的军事对峙开始了。
随着志愿军主力在三八线附近建立了稳固的防线，第63军才受命从铁原撤下来，转入到伊川修整。
彭德怀总司令穿过战区，亲自来到伊川慰问63军战士们。他看到这些饱受战火考验的战士，个个衣衫褴褛，满脸血灰，忍不住哽咽起来，说：
“同志们，你们打得好，打得非常好，你们是一支真正的铁军，我要向*汇报你们的英雄业绩。全国、全党、全军为有你们这样的英雄铁军感到自豪……祖国感谢你们”。
官兵们也全都哭了。
军长傅崇碧在战斗中受了重伤，经过手术，4天后才醒过来。他醒来看到彭德怀后，第一句话就是“彭老总，我要我的兵”。
在场的人都泪如雨下，彭德怀紧紧握着他的手，坚定地说：“我给你兵，我给你补两万兵”。
过了不到一个星期，彭德怀就调来了2万新兵补充到了63军。
