在第3次战役结束以后，志愿军开始准备规模更宏大的第4次战役。首先，志愿军就打击了在大雪当中的突出部横城，为了可以快速拿下这一地区，志愿军一次投入了13个师。
在这天夜里，志愿军的10个师，首先打击了在横城的韩军第3，第5和第8师。夜里，四面八方都响起了军号声和各种哨子声，在冰冻的山地上，10个志愿军师发动了全面夜袭战。
到了12日早晨，韩军的阵地被分割，或者被各个包围，而且受到了来自背后的攻击。感到危急的美第10军下令后退到了横城南侧一线。但12日白天，韩军第3师的1个团在横城北侧遭到了包围，撤退到南侧的兵力只有韩军第5师和第8师的一部分。原因是那一带的道路被切断了。
从2月13日开始，前线各个部队开始慌乱想后撤退。美国公开史料记述这一情况说：“联军部队土崩瓦解，建制全被打乱了，纷纷企图逃向南方，但道路被切断了，战斗越来越激烈，尸体越来越多。”
而左翼山区，北高丽的3个军团也穿插进来，向联军的侧后方发动猛烈的包抄进攻。另一方面，夺回横城的志愿军继续南进，对原州展开了猛烈的攻击。以美第9团为基干的美第２师开始第３次死守原州。战局再一次出现了同１月中旬完全一样的情况，如果堤川被志愿军夺去，整个第10军就会陷入崩溃的危险。
李奇微以韩军第6师和英国第27旅封锁了正面缺口，美军第7师封堵左翼缺口。第8骑兵团担任预备队。激烈的战斗一直持续到了2月18日，因为，后勤问题和重新编成，志愿军的进攻力开始减弱。
美军战机将志愿军后方可以看到的房屋村庄全部炸毁，同时，对交通线进行实时打击。2月21日，联军开始了反攻，美军第２５师集中在该正面上的支援火力有４个１０５榴弹炮兵营、１个１５５榴弹炮兵营、１个英军炮兵营，共计约６个炮兵营和１个坦克连。在这样狭窄的正面上集中了９６门火炮，即使在这场战争中也是没有先例的。
层层阻击战一直持续到了4月21日，残酷的第4次战役结束了。美军承受在整个战争当中最大的伤亡。志愿军第3军团和第19军团，也进入半岛，第9军团开始恢复战斗力，重新进入战线，在这种情况下美军放弃了继续向北进攻。
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