美25师方面，由于部队连日向北推进，官兵士气也很高涨。1月28日，该师以土耳其旅和美35团一西一东地分别部署在265高地和250高地南侧，准备向修理山发起进攻。这一天，基恩师长拟定了计划：土耳其旅和美35团在1月31日早上开始进攻，在密切的空中支援和炮火支援下夺取修理山；夺取修理山后，就以两支装甲特遣队分别沿汉釜公路和砂石路北进，尽可能杀伤在山北面平原上布防的中国军队。
从1月28日到1月31日，美25师一直在修理山下休整，只和修理山守军进行了几次小规模的战斗。师属炮兵则在聚集弹药，准备用于1月31日的攻势。这几天里，美25师东侧的美3师则在光教山（位于汉釜公路东侧，主峰海拔589米）陷入了苦战——美3师一西一东排列着美65团和美15团，在西面南朝鲜第15团的配合下（南朝鲜第15团被配属给美25日，1月30日到达前线，部署在美35团以东）猛攻由中国50军148师443团坚守的帽落山（汉釜公路东侧，光教山以西）和中国50军149师447团坚守的光教山。在联合国军的猛烈火力下，中国447团伤亡惨重，仍然坚持不退。到1月31日，光教山和帽落山上的血战还在进行中。美骑兵1师和美24师也遇到了中国50军150师和38军112师类似的抵抗，在这几天里进展缓慢。
1月31日早上，在寒冷的晨风中，美25师对修理山的进攻正式开始了。进攻开始后，美25师先以优势火力对修理山进行了火与铁的洗礼：美25师的师属炮兵首先进行了50分钟的炮击。接着，负责进攻250高地和210高地的美35团2营在进攻目标以南约1公里处集中4门75毫米无坐力炮、营里所有口径的迫击炮、21辆坦克、4辆M16自行高射机枪，对两个高地进行了猛烈射击。在如此猛烈的火力下，负责防守两个高地的中国444团3营8连伤亡严重——该连把许多工事都构筑在山体面向美军的正斜面上，本想凭借这些工事轻松地向暴露在自己视野下仰攻的美军士兵射击。可是，他们等来的并非美军步兵，而是国内战场上从未见过的铺天盖地的炮火和弹雨。暴露在正斜面的工事就这样成了美军的靶子，许多工事连同里面的机枪和人员一起被炸成了碎片。数十名中国官兵甚至还没看到美国人的模样，就已被炮弹或机枪子丨弹丨打死在阵地上。与此同时，相似的火力准备也发生在土耳其旅的进攻目标265高地和美35团1营的进攻目标181、128两高地上。
猛烈的火力准备即将结束时，美35团2营营长麦利特少校命令F连和E连的步兵跟随向后延伸的火力准备弹幕，对250、210两高地发起冲锋。F连官兵们一边大喊着，一边奋力攀上250高地由山岩构成的南坡。250高地上，幸存下来的中国军人用轻武器、手榴弹和少量迫击炮进行了稀稀拉拉的还击，根本无法阻止蜂拥而上的F连。正午前后，F连攻占250高地，在山顶发现43具中国士兵的尸体——这些中国军人绝大部分都死在了美军的火力准备下。在进攻250高地的战斗中，F连战死2人，负伤29人。
在210高地下，E连官兵（174人）跟随着迫击炮的弹幕，迅速冲过210高地前的一片田野，没有遭到射击。随后，E连开始登山。高地上，由于中国军队已在刚才的火力准备中损失严重，幸存的中国士兵仅剩10余人。这十几个中国士兵一直将美军放到离山顶约100米处才开始用轻武器射击。然而，由于E连官兵们依靠着山坡上的岩石和树木为隐蔽做跳跃式前进，十几个中国士兵微弱的火力没有打中一个人。中午时分，E连终于迫近山顶。该连官兵一起向上甩出手雷，随后涌上山顶，夺取了210高地。在210高地山顶，E连2排发现有50多名中国士兵正从250高地撤退——他们是被F连赶出来的。该排立即向这些中国士兵射击，打倒了20多人，剩下的人则退上253高地，和在那里的444团1营2连会合。这时，时间是中午12点30分。在攻取210高地的战斗中，E连无一伤亡。在高地上，E连发现了一些被美军火力准备摧毁的机枪。在机枪旁，是还没有向美军开枪就已战死的中国机枪手的尸体。
差不多也在这个时候，土耳其旅粉碎了中国444团3营7连的抵抗，攻占265高地；美35团1营粉碎了中国444团2营4连的抵抗，攻占181、128两高地。
攻占210高地后，E连士气高涨。该连连长格兰特从210高地上用望远镜观察253高地的情况，发现有很多中国士兵正在攀登253高地——格兰特连长判断，这是因为中国军队没有料到250高地和210高地这么快就失守了，正在紧急加固253高地的防御。3排排长阿布拉哈姆主动向连长格兰特中尉请战，要求带领他的排趁敌人混乱之机进攻253高地。格兰特连长同意了，并告诉阿布拉哈姆先等他用无线电向麦利特营长请求炮火支援完毕再发起攻击。然而，在无线电里，麦利特营长说，由于空中支援的飞机很快会飞临253高地上空，一旦用重炮向该高地射击，炮弹弹片将很可能伤害到低空俯冲攻击的飞机，因此拒绝提高炮火支援。E连只好呆在山顶等待空中支援。可是，由于地空协调出了问题，飞机迟迟未至。下午1点半，253高地上的中国军队架起机枪，开始向210高地山顶扫射。E连官兵全都躲进了掩避物后面。到下午3点半，飞机还是没来。这时候，营部呼叫的炮火支援总算到了，从南面飞来的炮弹接二连三地在253高地上爆炸开来。同时，E连总算接到了进攻253高地的命令。格兰特营长遂命令3排在南、1排在北，一起向西面的253高地攻击。
E连3排刚往西走了20米，便惊讶地遇到了两个正在沉着地发射迫击炮的中国士兵。3排活捉了他们。3排又西进了30米，来到253高地东坡下，结果直接进入了253高地山顶中国444团2连官兵的视线。2连以两挺机枪和数十支步枪向美E连3排猛烈开火。横飞的弹雨中，该排美军四散开来，纷纷在隐蔽物后躲了起来。这样，E连3排就被中国军队的火力压制住，动弹不得了。
这时候，在3排北面，有超过一个排的中国士兵冲下山来，开始向1排发起反击。同时，又有几十个中国士兵背着弹药，开始从东面攀登253高地。210高地上的美军以机枪扫射中国军队的补给队伍，将其打散了；1排拼命射击，好不容易打退了反击过来的中国士兵。这些中国士兵向东退了约150米，来到3排的东北面，随后便向3排射击起来。这样，E连3排已受到西、东北两面的射击。该排官兵只能蜷缩在隐蔽物后面，毫无还手之力。天正在暗下去，3排如果再不撤退，很可能会全部覆没。格兰特连长只好再次向营长请求炮火支援，掩护3排撤离。这次，麦利特营长同意了。很快，234发榴弹炮和迫击炮炮弹在短时间内落在253高地山顶，中国444团2连官兵的视线被硝烟挡住了。3排借着这个机会立即撤退，跑回了210高地。见3排撤退，1排也只好撤回210高地。美35团2营E连对253高地的攻击以失利告终。这次进攻中，E连3排战死2人、负伤2人，1排也有数人负伤。这时候，一队姗姗来迟海盗式飞机终于赶到了。结果，这些飞机却炸错了地方：它们没有攻击253高地，而是向修理山主峰发射了火箭弹。随着飞机飞走，天黑下来，1月31日的战斗结束了。
是夜，戏剧性的一幕发生了：在中国444团团部，政委张波与团长赵国璋、副团长马占伟爆发了一场争执。张波说，现在形势严峻，应该在夜色的掩护下撤离修理山。对此，赵团长和马副团长反驳道，没有上级的命令，部队不能擅自撤退。听赵团长和马副团长这么说，张政委生气了，他说，现在全团伤亡惨重、三面受敌、弹药不足。如果再撑下去，全团都会被包“饺子”。因此，现在最明智的选择是在夜色的掩护下尽快撤出修理山。
中国第50军的前身是国民政府军，赵国璋团长也曾是国府军军官，而张政委则从红军时代起就一直在中国***的队伍中。做为一支由国府军改编而来的部队，被安排在部队中的具有绝对政治可靠性的政委地位举足轻重。因此，赵国璋和马占伟只得同意撤出修理山。2月1日凌晨3点前后，中国第444团在一片漆黑的寒夜中悄悄撤出了修理山中的阵地，向北退去。
2月1日晨，一轮冬日升起，将和暖的冬日阳光投向修理山。在210高地上，E连官兵以觉醒来，发现昨天让他们吃了亏的253高地上已鸦雀无声。该连官兵登上253高地山顶，没有遇到任何抵抗，只看见了多具中国士兵的尸体以及一些毁坏的苏式枪械。E连遂在253高地上呆下来，准备按照师的作战计划在下午继续进攻。
此时，美25师尚不知道中国444团已在一夜之间撤离修理山。该师的作战依然在按照作战计划进行。在2月1日这一天的作战计划中，进攻将在下午开始，师的进攻部队将兵分三路：西路，土耳其旅进攻440高地和431高地；中路，美35团2营进攻修理山主峰；东路，美35团1营进攻442高地和修理山主峰东北侧。2月1日上午，上述三支部队都在整理装备，准备着下午的进攻。这一幕实在是荒唐透顶——现在，防守这些部队的进攻目标的中国军队已经撤走了，他们完全可以不受抵抗地走过去。
下午，本来晴朗的天气突然变得阴沉起来。修理山上，铅云低垂，这意味着美25师的进攻将得不到空中掩护。由于黑云笼罩着山顶，炮火支援也无法进行。美25师只得取消了当天的所有攻击行动，准备等到明天再说。