关键时刻，三三八团副团长胡光亲自上阵，率领一个营勇猛穿插，一举歼灭美军一个营。二营及三营九连及时予以协同，以不可阻挡的气势击溃了美军。
在接下来的战斗中，三三八团将士穷追猛打，将包围圈中的美军大部分消灭在附近的田野、山林之中。
美军虽然派出部队前来增援，企图解救包围圈的十九联队各部，但他们听说救援目标已被志愿军打垮后，竟吓得慌忙撤走了。
至此，三三八团将士在山中里一带的绝地反击，以一场大胜而宣告结束。
此战共击毙、击伤美军官兵400余名，俘敌数十名，缴获了大量的汽车、武器、食品和部分坦克。
虽然山中里反击战并非三十八军规模最大、战果最辉煌的一次战斗，却具有非常独特的意义。
当美军“抄袭”志愿军的穿插迂回战术，以一部分兵力绕到志愿军侧后实施包围后，志愿军立即以穿插迂回战术实施反包围，最终击溃了这股敌军。
可以说，这一仗不但让“画虎不成反类犬”的美军进一步认识到志愿军穿插迂回战术的威力，也让他们从此放弃了对这一经典战术的生搬硬套、盲目抄袭，再也不敢玩什么迂回包围了。
正因为如此，我军历史上著名的猛将、时任志愿军副司令员韩先楚对这次战斗给予了高度评价，甚至几十年后谈及此战时仍赞不绝口：“山中里反击战，三十八军的一个团以反包围打垮敌人的迂回包围，打得实在痛快！”
