由于时间紧迫，无法及时调集部队，导致砥平里的兵力瞬间减少了一半。攻击兵力减少的直接原因在于，原本计划用于砥平里的第39军主力，并未处于预定位置。在准备和执行横城反击作战的过程中，第39军被拆分使用，第117师归属第42军指挥，承担横城西北的穿插迂回任务；而第115师和第116师作为邓集团的预备队，负责机动作战。
军长吴信泉对此部署感到不可理解，特别是对第115师和第116师的使用方式颇为不解。他们先是被命令东进至龙头里，还未完成集结，又被转命南进；横城战斗刚结束，第115师又被要求掉头向西，参与砥平里的战斗。
吴信泉埋怨道：部队在战场上这样兜兜转转，拖下去也会被拖垮。
由于第39军主力暂时无法到达，邓指决定由119师师长徐国夫负责此次行动的统一指挥。40军119师的356团和357团，120师359团，以及42军125师375团共四个团将共同进攻砥平里。这一安排不仅使攻击兵力减半，还导致参战部队在建制上分散——这四个团分别隶属于两个军、三个师。
在第三次战役结束后，邓华总结了此前几次战役的作战经验，特别强调“对美军作战应以绝对优势的兵力为基础”。他还提出了具体的量化标准：在运动战中，对韩军的作战应保持三比一的兵力优势，某些情况下可以二比一；而对美军作战则通常需要五比一的优势，偶尔可以三比一，“若进行攻坚战，兵力还需进一步增加”。
然而，此次进攻砥平里时，双方兵力对比远远未达到这一标准。
最初计划动用8个团，若砥平里的敌人确有撤退迹象，这样的兵力或许还算充足，但现实情况是，他们面对的不是流动的敌军，而是固守的防御部队，且实际参战兵力还减少了一半，首日投入战斗的兵力甚至更少。仅从这一点看，胜算已十分渺茫。
更糟糕的是，进攻砥平里不仅兵力不足，而且全然缺乏对攻坚战和啃硬骨头的充分准备，为后来的失败埋下了伏笔。
砥平里是一个坐落于山区的小镇。这里有两条公路分别从骊州通向杨平和洪川，在小镇的边缘交汇。此外，一条从原州通往汉城的铁路也从小镇的南面经过。镇内有一条溪流，自西北方向流向东南。
小镇四周被一圈低矮的山丘包围，北面是凤尾山（216高地），南面是望美山（397高地），西北面是葛芝山（345高地）。凤尾山东南侧的229高地和望美山北山脚下标高不过百米的马山，是距砥平里最近的两个制高点。
第23团战斗队于2月3日进驻砥平里，至志愿军发起进攻时，已有10天的防御准备。在此期间，美军进行了挖掘壕沟、修筑地堡、布设地雷和照明汽油桶，并且测定了射击参数，组织火炮试射，协调步兵、坦克与火炮的协同作战，同时还储备了大量的粮食、弹药和其他物资。
当志愿军开始进攻时，砥平里已经成为一个戒备森严的据点堡垒。
在砥平里这样的地形上组织防御，通常情况下，防御战术要求将设防重点放在外围高地的控制上。然而，这次美军的防御部署却打破了常规。指挥官弗里曼上校将所有兵力集中在以小镇为中心的一个较小区域内，形成了一个直径约1.6公里的环形防御圈。这个防御圈的核心布置了6门155榴弹炮、18门105榴弹炮、12门四管速射自行高炮，以及20辆坦克和51门迫击炮。
防御圈内的大部分阵地并未设置在高地之上，而是位于高地边缘或靠近小镇的几个低矮山丘上，甚至有些阵地设在结冰的稻田中。尽管这样在某些方向上放弃了外围制高点的控制，但由于防区范围的缩小和兵力密度的增加，反而增强了防御的抗打击能力和韧性。
防御兵力的配置如下：4个步兵营沿着环形防御圈展开，法国营驻守西侧，北、东、南三面则由3个美军营分别负责。另有一个突击连和一个战斗工兵连作为预备队待命。一线各营、连、排的阵地严密相连，毫无间隙。前沿阵地及各接合点均铺设地雷，拉设铁丝网，并辅以火力覆盖。坦克以及具备平射功能的双管高炮和四联装高射机枪已进入阵地，既增强了一线防御火力，又可作为机动火力点灵活运用。
榴弹炮和迫击炮被部署在防御圈的中心，以便对远处高地上的敌方攻击部队进行火力打击，从而阻止敌人用轻武器对防御圈内的目标实施有效射击。
弗里曼甚至命令士兵泼水结冰，以阻挡志愿军战士们的冲锋。同时，空运来足够维持十天的食品和堆积如山的弹药。这么一番布置，砥平里已然变成了一个难以攻克的钢铁堡垒。
在战后总结中，志愿军认真回顾了砥平里美军的防御部署特点，并指出：
防御的突出之处，在于精准抓住了志愿军攻击火力不足的弱点，因而大胆将兵力集中靠拢于仅约2平方公里的狭小区域内，这样既无需顾忌对方火力打击，又能形成有利的集中防御态势。
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