韩国军队李吉求主动投诚，带来敌军即将进攻五圣山和上甘岭的重要情报。邓华仔细研判战场形势后，认定上甘岭是必须死守的战略要地，立即下令在平康谷地布防，密切监视敌军动向，同时调集增援部队准备迎击。

上甘岭高地上，第十五军的战士们正争分夺秒地修筑防御工事。美军轰炸机群突然袭来，战士们迅速撤入坑道隐蔽。然而电话线被炸断，与师部的通讯完全中断。美军空军持续狂轰滥炸，攻势近乎疯狂。阵地上的通讯线路几乎全毁，派出的通讯兵接连牺牲，仅剩三名通讯兵幸存。通讯班班长牛保才凭借对电话线路的熟悉，冒着炮火冲出坑道。在身负重伤的情况下，他强忍剧痛在坑道内艰难爬行。看到牺牲战友手中紧握的电话线，牛保才毅然用双手和牙齿连接断裂的线路，以身体作为导体接通了通讯。团部终于与师部取得联系请求增援，而牛保才却永远倒在了血泊中。

敌军已攻占三处阵地，战士们前赴后继地填补战位，用生命争取时间。师部急调135团夜袭夺回阵地。爆破排李忠先为摧毁敌军机枪阵地，怀抱爆破筒冲向敌群，与敌人同归于尽。排长孙占元在身负重伤、双腿瘫痪的情况下，仍坚持用机枪消灭大批敌军，最终拉响最后一颗手榴弹与冲上来的敌人同归于尽。

朴荣恩带领朝鲜民众背负物资在河边取水时，遭遇美军战机轰炸。爆炸过后，幸存者默默背负起牺牲者的遗体继续前行。当他们终于将染血的粮食送到坑道时，朴荣恩不禁潸然泪下——出发时的十五人仅剩五人生还。连长李宝成捧着带血的粮食袋，难以下咽。为护送两名重伤员下山，朴荣恩主动引开追兵，在寡不敌众的情况下，拉响身上的炸弹与敌人同归于尽。

五圣山和上甘岭再度失守，四十五师下属连队伤亡殆尽。面对"不惜一切代价守住上甘岭"的死命令，师长崔建功立下与阵地共存亡的誓言。在补给线被切断、弹药将尽的绝境中，战士们发起冲锋。为在天亮前夺取0号阵地，黄继光主动请缨炸毁地堡。他在炸毁两座地堡后身负重伤，最终用胸膛堵住敌人机枪射孔壮烈牺牲，年仅二十一岁。

谈判桌上，美国试图以军事压力迫使中国让步却未能得逞。朝鲜战争给美军及其盟军造成重大伤亡。适逢美国大选，艾森豪威尔以解决朝鲜问题为竞选口号，但中美双方在核心利益上均寸步不让。

上甘岭战况危急，十五军不得不投入最后的预备队——九十六人的军部警卫连。临行前，警卫连指导员王鲁与军长秦基伟诀别。秦基伟命令所有指挥员配备四颗手榴弹，并为自己备好棺材，誓与上甘岭共存亡。