12月10日、11日两天内，退到真兴里的联合国军并没有在此地做任何停留。这些部队有的直接穿过真兴里乘卡车向南开去，有的则在真兴里搭上开往兴南的火车。从12月10日起，一列列满载着兵员和装备的火车从真兴里隆隆开出，经水洞、咸兴向兴南呼啸而去。与此同时，真兴里——水洞——咸兴——兴南公路上也充斥着全速南下的车流。为了掩护美陆战队向兴南的撤退，美3师师长索尔于12月10日将美65团2营G连部署在水洞以西的高地上，以火力封锁铁路和公路。

水洞位于真兴里和麻田洞之间的长隘路上，处于真兴里以南约5公里处。从水洞向南，一直到兴南都是平原；从水洞向北，地势则呈向上爬升的趋势（见第七章）。因此，水洞是长隘路上连接山地和平原的要冲，也是中国第9兵团将美陆战1师阻挡在山间的最后一道关卡。12月10日白天，经长途跋涉，中国第89师在蒙受了严重的冻死冻伤减员后终于穿插至水洞以西的位置。该师从当天日落时分开始进攻水洞以西高地上的美65团G连。G连居高临下地发挥优势火力，进行了顽强抵抗，但依然阻挡不住夜暗中蜂拥而上的中国军队。到12月11日凌晨1点，中国第89师突破美65团G连阵地，冲入水洞村内。

当时，穿水洞而过的公路上正鱼贯行驶着从真兴里撤下来的联合国军车队。中国第89师官兵进入水洞后纷纷四散开来，进入公路边的民房，以冲锋枪、手榴弹向联合国军车队猛烈攻击。此刻，正在通过水洞的联合国军部队是美3师猛犬特遣队第52汽车运输营和一小队美陆战队员。由于前面的大批部队已经安然通过水洞，向兴南开去，他们根本没想不到居然会在这里遭到袭击，毫无防备。片刻间，美52汽车运输营就有9辆卡车和1辆装甲运输车被密集的弹雨和飞蝗般的手榴弹击毁。被击毁的车辆在公路上熊熊燃烧，形成路障，将公路切断。联合国军从真兴里南撤的车流一下子停了下来。一列坐满了美陆战队员的火车在此时轰隆隆地驶入水洞，也遭到了中国军队的射击。约20名中国军人冲到铁路边上，开始往火车上扒。车厢里，与美陆战队一起行动的美10军炮兵军官约翰•佩奇中校和美陆战1团的司机乌森一等兵行动起来，用枪把一个个正在扒火车的中国士兵打下车去。他们两人在车窗前一共打落了16名扒上火车的中国兵，粉碎了中国军队扒进火车的尝试。佩奇也被中国军队的子丨弹丨击毙，而乌森则受伤了。

另一方面，在水洞村内，美52汽车运输营的队伍已被车辆残骸困住，正遭受着公路两边中国第89师的射击和手榴弹雨，营的处境非常危险。美52运输营营长瓦德隆•温斯顿中校立即将躲藏在车里的陆军官兵和陆战队员们组织起来，用无坐力炮向公路两边布满了中国士兵的民房猛轰，压制了中国军队的火力。随后，温斯顿营长命令陆军官兵和陆战队员向公路两侧发起反冲击，和中国第89师在水洞村内展开逐屋争夺的激战。水洞村里激烈的夜战一直持续到12月11日天明时分，发起反冲击的美军总算在无坐力炮的支援下将中国第89师赶出了水洞。随后，美军将公路上的车辆残骸清除。从真兴里通往兴南的公路又一次通畅无阻了。

水洞的战斗是中国第9兵团阻击美陆战1师南撤的最后一次努力。在此之后，中国军队就再也没有力量阻挡美陆战1师了。如前所述，麦克阿瑟于12月11日飞抵朝鲜，视察了西线正在南撤的美第8集团军。随后，麦克阿瑟又飞到兴南会见美10军军长阿尔蒙德，批准了让美陆战1师登船撤离的计划。同日上午，美陆战1师的撤退先头部队抵达兴南，开始登船。下午1时许，最后一名在真兴里的联合国军撤离真兴里。到这一天晚上11点半，处在美陆战1师撤退队伍最后面的美陆战1师侦察连和40辆坦克也开入兴南。在兴南港，联合国军聚集了193艘各式舰艇用于部队从海上的撤退，其中包括15艘人员运输舰船、40艘坦克运输舰和75艘运输船。

目前，东线联合国军的总体情况是：在清津，南朝鲜第3师已于12月9日乘船撤离。随同该师撤往南朝鲜的，还有4300名朝鲜难民；东海岸，南朝鲜首都师和南朝鲜第1军军部继续向咸兴、兴南靠拢；在咸兴、兴南滩头阵地，随着从美陆战1师撤下来的部队的涌入，尚未撤离的美7师主力和美3师主力于12月11日被阿尔蒙德赋予了掩护陆战队撤退、确保滩头阵地的任务。这两个师的防线为连浦——五老里——地境一线，形成了一个把兴南港包在里面的滩头防御圈。其中，美3师防守连浦——五老里段，美7师防守五老里——地境段。

在美10军和南朝鲜第1军主力向咸兴、兴南靠拢的同时，大批朝鲜难民也随着联合国军的撤退队伍向兴南港涌去。在咸兴，从朝鲜东北部各地涌来的难民聚集在火车站，奋力地挤向仅有的几列火车，人数足有五万之巨。结果，这五万名难民中，只有一些南朝鲜官员和基督教徒在联合国军的保护下得以登上开往兴南的火车，其他人则只有在严冬中穿过田野徒步赶往兴南。此外，还有约五万名朝鲜难民跟在沿东海岸撤退的南朝鲜首都师身后，正在向兴南靠近。到达兴南的难民在联合国军宪兵的阻拦下不能进入港口，只有冒着严寒露宿街头。尽管阿尔蒙德命令部队给难民提供食宿，但联合国军的撤退迫在眉睫，根本无法顾及数量庞大的难民。联合国军给难民提供的一点点援助，只能算是杯水车薪。

12月14日，美陆战5团战斗群和陆战7团群已全部登船完毕。同日，沿东海岸撤退的南朝鲜首都师、南朝鲜第1军军部和48000名朝鲜难民涌入兴南。南朝鲜首都师随即被阿尔蒙德部署在地境，以加强兴南滩头防御圈。还是在这一天，中国27军79师残部经长途跋涉总算到达地境外围。然而，在兴南港内联合国军2艘巡洋舰、7艘驱逐舰、3艘火舰支援艇和地面炮兵的猛烈火力轰击下，中国79师根本不能发起攻击，只能向南朝鲜首都师和美7师的阵地零星地发射迫击炮弹。到12月15日，美陆战1师全部人员计22215人登船完毕，史密斯师长在“贝菲尔德”号登陆舰上设置了师指挥部。运载美陆战1师的船队随即起锚出港，向南朝鲜的釜山破波而去。美陆战1师的朝鲜东北部作战结束了。自10月28日元山登陆起，到12月15日止，美陆战1师付出的代价是：战死718人，战伤3504人、失踪192人，合计4418人。此外，该师还有非战斗减员7313人，其中绝大部分都是冻伤，冻死者极少。而且，这些非战斗减员中有三分之二都在战斗期间归建（在美陆战1师的战斗伤亡中，有半数以上是11月27日中国第9兵团展开大规模进攻以后付出的：在12月27日——12月10日间，也就是长津湖战役期间，美陆战1师的战斗伤亡是：战死393人，负伤2152人，失踪159人，合计2704人）。此次作战，美陆战1师沿长隘路撤退了100多公里，成功冲破9个中国师的围追堵截。美陆战1师虽然为此付出了一定的代价，但该师的基干并没有被摧毁，师的装备没有像西线的美2师那样损失殆尽，而是基本保持着完整。至此，美陆战1师经过历时约一个半月的朝鲜东北部作战，终于安然退出了这块在该师战史上继瓜达尔卡纳尔之后的又一处活地狱。

12月15日美陆战1师撤离后，南朝鲜第1军于同日开始登船。次日（12月16日），由于南朝鲜第1军开始撤离，阿尔蒙德收缩了兴南滩头防御圈，放弃五老里、咸兴、地境，将防线向兴南方向缩小5——15公里。美3师主力依然确保防御圈西半段，美7师主力则确保防御圈东半段。只有防御圈的西端点没有移动，依然处于连浦。在连浦机场，美国远东空军和美陆战队的运输机起起落落，在一刻不停地向釜山和日本伊丹空军基地后送美3师一部。至12月17日，空运后送完成。连浦机场一共向后方运送了3600名美3师官兵、196台车辆，1300吨物资和数百名朝鲜难民。

12月17日，南朝鲜第1军登船完毕，向南朝鲜的庆州（釜山以北约80公里）驶去。同日，中国第27军残部进占咸兴。这一天，超过两万名从朝鲜东北部和太白山中出击的北朝鲜正规军、游击队以及沿长隘路挺进的中国第26军蜂拥赶到兴南滩头防御圈外，和中国第27军残部一同对兴南防御圈形成围攻之势。然而，中朝军队的进攻完全被联合国军的海陆空火力所阻。中朝军队依然只能向防御圈上的美3师和美7师发射迫击炮弹，或用轻武器进行远距离射击，根本无法取得任何突破，只能坐视大批联合国军在眼前从海上离开。

12月18日，美7师主力开始登船。同日，阿尔蒙德下令美3师放弃连浦，将该师向兴南收缩。次日（12月19日），中国第27军进占连浦.大批朝鲜难民的登船撤退也在这一日开始了。在兴南城外传来的激烈枪炮声和寒风里，成千上万的难民登上了停泊在兴南港内的坦克运输舰。一艘坦克运输舰原本只能运1000人，但现在每艘都拥挤着5000名难民。就算这样，有少量的难民还是暂时没船坐。许多没船坐的人不顾一切地跳入冰冷的海中，试图扒上装满了人的坦克运输舰，可运输舰已搭载人员完毕，关上了舱门。结果，这些人无一例外地被冰冷的海水冻僵，沉入海底而死。