1951年2月13日，橫城反擊戰正式打響。誌願軍副司令鄧華指揮第39、第40、第42、第66軍向橫城、原州方向實施反擊，一舉擊潰進展至橫城以北的南韓第8師。
敵美第2師奉命增援，但下場卻更為難堪，一支主力裝甲營在半路被誌願軍伏擊，連前線都沒到，就幾乎打了個全軍覆沒。
南韓主力吃了敗仗就開始瘋狂後撤，一向自大的美2師也顧不得臉面，在空軍的掩護下狼狽逃離戰場。誌願軍趁勝追擊，一舉殲敵1.2萬余人，打得東線的聯合國軍全線動搖，被迫後撤26公裏。
憤怒的李奇微則把戰役的責任都推給了南韓的部隊，認為是他們的潰敗和後撤導致了美軍的失敗。
李奇微甚至在自己的回憶錄中這樣形容友軍在橫城的表現：「南韓的部隊幾乎把誌願軍看成了天兵天將。腳踏膠底的誌願軍士兵如果突然出現在南韓軍隊陣地上，總是把許多南韓士兵嚇得頭也不回地飛快逃命。」
不過和老上司麥克亞瑟不同的是，李奇微不只是靠嘴皮子打仗。在橫城的大潰敗後，這位美軍名將並沒有大亂方寸，反而對整個戰局有著自己的獨特判斷。
三次戰役後，誌願軍兵力和補給的運用已達極限。李奇微明白，橫城反擊戰的勝利並不能解決誌願軍這一困局。所以在這個最為關鍵的時候，聯合國軍必須在失敗的局面下，保住一張「反擊」的底牌，而這張底牌就是砥平裏。
砥平裏位於38線以南40英裏，是美軍前線的交通要塞。失去砥平裏，意味著美第9軍右翼空虛，整個聯合國軍的戰線都會因此龜裂，李奇微籌謀已久的進攻計劃更是要宣告徹底破產。「誌願軍一定會進攻砥平裏，而美軍也一定要守住砥平裏，無論付出怎樣的代價。」這是李奇微在橫城反擊戰後，最為堅定的一個想法。
當時防守砥平裏是美第10軍23團，在得知橫城方向的敗報後，團長弗裏曼就制定好了撤退計劃，甚至命令戰士把行李都打包好了。但令弗裏曼沒有想到的是，他最後等到的不是撤退的命令，而是一份死守砥平裏的計劃。
李奇微給第10軍軍長拜爾斯下了死命令：「你要是撤出砥平裏，我就先撤了你！」同時李奇微還讓位於文幕裏的美第2師28團即刻向砥平裏增援，美第9軍、英第27旅和南韓第6師向砥平裏和文幕裏之間移動，封閉美第10軍前面的空隙。
在砥平裏這個不起眼的村莊裏，李奇微幾乎砸下他手中能夠調動的所有部隊。
在橫城反擊戰取得勝利之後，鄧華便將砥平裏定為了下一目標。按照常規，美2師和南韓第8師都已經後撤，砥平裏防守的美軍為了避免成為孤軍，必然會選擇南逃。如果這個時候誌願軍追上去在運動戰給予打擊，將會是擴大戰果的最好機會。
而彭德懷也在2月12日給鄧華及39軍軍長吳信泉、政治委員徐斌洲發的電報中提到：「偽八師已大部就殲……戰役口子已經開啟，敵人可能動搖，最好以一部於正面抓住砥平裏之敵，將主力插至敵側後去，乘敵撤退時，在運動中殲滅之。具體部署由鄧考慮決定之。」
戰機稍縱即逝，留給鄧華考慮的時間並不多。誌願軍當時估計砥平裏守軍至多為4個營，且只有野戰工事，防守力量較為薄弱。所以鄧華在接到彭德懷指示後，當即命令40軍第119師配合第39軍主力和第42軍第126師，準備於13日晚圍殲砥平裏之敵，並由119師師長徐國夫統一指揮。
但接到命令的徐國夫心情卻有些沈重，他面臨兩個棘手的難題。一是誌願軍進攻砥平裏的5個團，分別來自3個師1個軍直，既沒有集結，通訊聯系又很難接通，很難實作統一指揮。二是進攻命令下達倉促，誌願軍對於砥平裏的敵情和地形並沒有詳細的掌握，這就等於是在打一場沒有準備的仗。
徐國夫曾向東線指揮部請求延緩總攻時間，以便協調參戰部隊，熟悉戰場情況，但得到的回復卻是：「敵情不過是一兩個營，可能已經逃跑了一部份，必須迅速抓住敵人，不能拖延。」
在接到最終的命令後，徐國夫便召開前線指揮員會議。但因為戰局膠著，5個團團長只到了3位。不過42軍375團副團長李文清卻帶來了砥平裏的真實情況，敵人兵力絕不止兩個營，並且他們沒有任何企圖逃跑的跡象，而是擺出了堅守的架勢。
徐國夫立即將情況向上級報告，卻沒有得到回應。而接下傳來的訊息更是讓徐國夫惱火，炮兵42團遭遇敵人空襲，不能按時參加戰鬥。125師的375團也暫時失去聯系，進攻集團實力大打折扣。
但因為預定的進攻時間已到，徐國夫只能命令119師356，357團和120師的359團2300多人在沒有炮火支援的情況下向砥平裏發起攻擊。
戰鬥開始之初，誌願軍進攻較為順利。356團，359團先後攻占了砥平裏東南的幾個高地，357團也有進展。但入夜之後，攻擊部隊便遇到了頑強阻擊，幾乎每個高地都有敵人布防，且炮火支援和輕重火力也比較強。
戰鬥越來越艱苦，誌願軍戰士充分發揮了夜戰的特長，將敵人的碉堡工事一個個摧毀。但與此同時，我軍每攻下一個高地，都要付出極大的傷亡。徐國夫曾這樣回憶砥平裏的戰鬥：「我們的每一排，幾乎都有因為堵碉堡槍眼而犧牲的戰士。」
砥平裏戰鬥持續兩晝夜之後，外圍陣地均被我軍占領，敵人退縮在不到兩平方公裏的起伏地帶，憑借房屋，據點式工事及強大炮火頑強反抗。敵人困獸猶鬥，而誌願軍戰士已沒有專門對付坦克的重磅手榴彈和爆破筒，只能拿著輕武器進行攻堅。
而敵人的真實情況也遠不止情報說的那樣只有不到2個營，而是4個步兵營、1個炮兵營又1個炮兵連、1個高炮連和1個坦克中隊，總兵力高達6000余人，與誌願軍進攻部隊相比人數並不處於絕對劣勢，且擁有強大的炮火支援。
這樣火力不對等的攻堅戰，註定需要付出巨大的傷亡。40軍參加攻擊的3個團傷亡人數達到了1830多人，其中349團3營幾乎全部傷亡。
砥平裏久攻難克，且敵人的增援部隊在飛機、大炮、坦克部隊的掩護下，發瘋一般的向砥平裏增援而來，誌願軍的阻援戰鬥同樣艱苦。
15日上午，鄧華決定向前線增派援軍，並再次下達強攻砥平裏的命令。同時鄧華還致電40軍軍長溫玉成，讓他統一指揮參戰各部隊，16日務必拿下砥平裏。但是令鄧華沒有想到的是，電話那頭的溫玉成語氣強硬地說：「我建議所以參戰部隊立刻撤出戰鬥。」
40軍是第一批入朝的部隊，而從鴨綠江一直打到砥平裏的溫玉成，對美軍也有著非常清醒的認識。砥平裏戰鬥敵人阻擊頑強，增援部隊又如此不惜代價，很明顯就是抱定了殊死一搏的決心。誌願軍在沒有重武器的情況，以野戰方法倉促攻擊固守據點之敵，是以己之短攻敵之長，並不明智。
溫玉成態度堅決，認為強攻砥平裏既然沒有取勝把握，就應該及時改變戰略，不能把本都折進去。下級將領這樣在電話中「抗命」，一些脾氣差的首長可能就要直接開罵了，但鄧華卻沒有這樣做。
這位身經百戰的誌願軍副司令，在了解完一線的戰情後，進行了非常冷靜的分析和判斷，並沒有固執己見。鄧華告訴溫玉成：「你不要放下電話，我現在就跟彭總請示。」而彭德懷最後的命令也是：「同意立即結束砥平裏的戰鬥。」
2月16日拂曉前，誌願軍進攻部隊撤出戰鬥，前出至原州附近之各軍也同時向北轉移，向龍頭裏（砥平裏北）至橫城一線及北至洪川東西一線以南地區集結。至此，第四次戰役第一階段作戰結束。
戰後，鄧華主動為自己的判斷和指揮失誤進行檢討，但卻給予了誌願軍參戰部隊極大的肯定，他親自打電話給一線總指揮徐國夫，說到：
「你徐國夫果然沒讓敵人跑掉啊！雖然我們判斷有誤，但你們打得不錯。你能及時調整部署，隨機攻擊，不愧是個老打仗的。我們前線指揮員就應該這樣，隨機應變，敵變我變，處變不驚才行。雖然我們付出代價不小，但這個責任在我，在我的指揮部，由我來承擔責任。後續部隊上來後，我馬上給你把減員補齊……」
砥平裏戰鬥，雖然沒有達成預期的作戰目標，卻成為了抗美援朝中誌願軍另一面的真實寫照。溫玉成敢於「戰場抗命」，在準確判斷戰局形勢後，大膽提出自己的建議。而鄧華能夠聽取下級的意見，敢於承擔責任，更是難得。徐國夫就曾回憶說：「聽了鄧華的話我很激動，我為他敢於承擔責任的態度表示欽佩。這在當時是很難得的。」
