志愿军首长在分析了战场态势以后，发现战机已经失去，而且一线作战部队已经有不少开始断粮，只能依靠喝粥勉强维持。同时因为我军不但因为没有制空权，白天不能实施作战。而且更加缺少炮兵火力支援，完全依靠步兵冲击，已经不可能在一夜间完全攻占砥平里和歼灭守军。反而会被拥有强大火力的守军大量杀伤。为了作战不陷入更大的被动，15日晚中国军队开始全线后撤。悲壮惨烈的砥平里战斗终于落下了帷幕。
砥平里战斗，中国志愿军参战8个团伤亡人数很惊人，达到了5000多人。砥平里的守军美军和法军伤亡根据一些资料大约是我军伤亡的1/2～1/3左右，大约是1700～2500人左右。
通过这次战斗美军发现了中国志愿军的致命弱点，就是攻坚能力很差。由于入朝参战部队不但炮兵部队数量很少，而且都是依靠骡马实施牵引，所以机动能力很差，往往不能及时达到战场提供火力支援。而且由于中国志愿军没有空军参战，无法掌握制空权，结果后勤交通线经常被空袭切断，结果即使炮兵能够及时到达战场也会因为后勤无法提供大量的炮弹补充，而无法提供持续的炮兵火力支援。这样对战斗的影响也是很大的。
同时因为没有制空权，中国军队不能在白天发起进攻，否则在美军的空中优势面前将付出极大的损失，而且还将达不成任何战役目的。所以中国志愿军一般都选择在晚上发起攻击，白天固守阵地。其实这也就造成了进攻的不连贯性，天亮之后无论战斗发展如何，为了避免空袭损失，只能隐蔽防空。而且因为后勤跟不上，一线主力的步兵也因为自身携带的弹药和粮食的限制，只能实施被美军称作所谓的“礼拜攻势”。也就是中国军队的进攻最多只能持续一个星期，就会因为缺少弹药和粮食的补给而不得不停顿下来。这样就给了有着现代化后勤补给条件的美军为首的“联合国军”充分的调整防线和补充部署部队，进行防御和反击的时间和机会。
此战以后一旦整建制的美军部队被中国志愿军包围，不再象以前一二次战役中那样急忙突围，（第二次战役中，东线和西线的美军第一骑兵师和美国第二步兵师都因为摸不清中国军队的特点，盲目地在被合围后匆忙突围，结果反而在突围的机动过程中，大量地被火力贫弱地中国军队主要依靠步兵火力和迫击炮在公路或者开阔地上杀伤，而导致人员和装备损失惨重）而是依靠坦克和卡车实施环形防御，依靠猛烈的火力拼死坚守阵地。白天就依靠空军的轰炸和炮兵火力支援，同时向外围部队实施突围。晚上就依托临时构筑的工事在加强的坦克和炮火支援下死守。结果在后来的第五次战役中，改变战术后的美军作战还是很成功的。尽管此战中中国志愿军的二番入朝部队已经参战，志愿军参战部队达到了开战后空前的百万人，而且炮兵部队也有很大加强，可是缺少制空权使得后勤还是补给不足。结果作战中尽管中国军队多次包围了整团整营的美军，可是只要不能当晚解决战斗，只要天一亮大群的飞机就会来轰炸掩护突围。而被围部队在坦克，大炮的直接掩护和支援下往往突围成功。
