第5军的4个师一口气全部渡过鸭绿江去，在西岸只留下两个后备团守卫炮兵和阵地。而渡江之后，人民军只留下一个团守卫江边的滩头阵地，其余军队全部分散成以团为单位，横向展开，全面进攻日韩军队的阵地。而先期进攻的4个团则收到了新的任务，让他们立刻穿插越过日韩军队的阵地，插到日韩军队阵地的后方布置阵地，阻截日韩军队撤退的道路，形成对日韩军队的合围。
虽然第5军在反攻的初期打得有些保守，耽误了几个小时的时间。但在确定日韩军队真的没有弹药之后，选择了最正确的战术，因为没有弹药的日韩军队当然是不可能抵挡得住人民军的进攻，尽管撤退不及，但在人民军的进攻下，肯定会全线溃败，而就算人民军会追上截住一部份败军，但肯定会有大量败军逃脱，而人民军派一部份军队直接穿插到日韩军队阵地的后方，堵住日韩军队撤逃的道路，可以将胜利最大化。
果然人民军的进攻十分顺利，几乎就是势如破竹一样，日韩军队根本无法抵抗，要么投降，要么撤逃，当然选择投降的基本都是韩军士兵，因为韩军士兵大多都是被日军强征来参军的，本来就不想给日军卖命，而且在这次战斗中，韩军基本就是给日军当炮灰，既使是在日军参战以后，也是让韩军先打头一阵，消耗人民军的弹药与士气，韩军在日军的压迫之下，不敢反抗，结果造成了韩军的重大伤亡，开战前韩军总计编制了7个师，约10余万人，阵亡人数达3万余人，受伤也有2万多，减员竟超过了半数。
而且日军的5个精锐师团在撤退时，将韩军的弹药全部收走，并给韩军下令死命令，守卫阵地，不许撤退，自然更是人人心灰意冷，无心再战。不过韩军虽然迫于日军的余威，还真不敢从阵地撤退，但在人民军攻上来时，却无人抵抗，举手投降，而且这时阵地里日军也是心绪己乱，因此也管不住韩军了，只能听之任之，在少数阵地上，日军强逼韩军冲出阵地去抵抗人民军的进攻，结果韩军终于忍无可忍，奋起反抗和日军打起来。
不过日军虽然也无心恋战了，但却没有向人民军投降，而是撤出阵地，向后逃跑。当然也有少数日军因此慢了一步，被人民军缠住，无法脫身，大多数日军士兵在这时候都是作困兽犹斗，拿起上好刺刀的步枪和人民军拼命，当然结果是被人民军歼灭，只有少量日本士兵在走投无路的情况下，才选择投降。
但从阵地逃走的日军也没有逃脱，因此最多只逃出5、6公里，就遭到了人民军的阻击，有不少日军还不死心，向人民军的阻击发动冲锋，可惜在没有火力支援的情况下，这种冲锋其实和送死没有什么区别，结果在试了几次，日军的冲锋都没有能够靠近人民军的阵地，就几乎死伤殆尽了。
见冲锋不果，日军再想另寻其他道路逃走时，后面的人民军也追击赶到，在这样前有堵截，后有追击，走投无路的情况下，大部份的日军士兵还是选择了投降，只有少数日兵坚持致死不降，结果当然是被人民军消灭殆尽。
这场反攻战其实只打了半天就结束了，不过清理战场，搜捕残余日韩军队的工作却一直持续了3天时间，最终人民军共计歼灭日韩军队12573人，而俘虏竟然多达近20余万人，其中韩军俘虏66136人，后勤人员51673人，日军俘虏82378人，后勤人员23157人，不过在俘虏当中，有约5万余是受伤人员，都是在日韩军队的战地医院被俘虏的；另外还缴获了步枪121537支，火炮215门，不过缴获的子弹总计还不到1万发，炮弹更是只有15发，这也可以想像，日韩军队的弹药确实己尽枯竭。
不过日韩军队虽然没有弹药，但其他物资到是很充足，因为日军为了这次进攻，准备了几个月的时间，除了弹药之外，其他物资都相当充份，而撤退时根本来不及运走物资，现在日军阵地里仅粮食就超过了1万吨，其他的食盐、药物、酒类达数千吨，还有大量的布匹、木料等等，另外还有1000余猪羊，3000余匹驴马。
而在这场战争中，人民军仅仅阵亡了112人，叧有247人受伤，以如此低的伤亡代价，取得这样巨大的战果，这场第二次鸭绿江战役，可以算是战果辉煌，而且从战略上说，人民军不仅彻底粉碎了日军反攻辽东的战略图谋，并重创了日军仅存的最后一支军事力量，从此以后，日军己经没有再向人民军主动进攻的能力了。
当然能够取得这样辉煌的胜利，完全是由于海军陆战队在镇南浦登陆成功，不仅切断了日军的后勤供应，而且迫使日军仓促从鸭绿江沿岸撤军，才给第5军创造了绝佳的战机，否则就算是日军因弹药耗尽而退出战斗，也是有序撤退，而不会是全面溃败。