这场战争双方损失惨重,比较起来,志愿军伤亡更甚。据国内资料介绍,战斗开始10个小时后,志愿军九兵团就减员达上万人。二十七军第八十师减员达三分之二,八十师有些步兵团只剩几十个人。加上突如其来的寒潮,连续几个昼夜摄氏零下40度,志愿军遭受了极大的伤亡。172团一支连队,身穿单衣的129名战士,为了不暴露目标,在雪地里趴守了一天一夜, 最后全部牺牲在了阵地上,成了一座座永恒的冰雕。
战后统计,志愿军冻伤28954人,冻死4000人。司令员宋时轮在离开朝鲜时,目视长津湖的方向,泪流满面,不能自持。
美军方面,历时近一个月的长津湖战役,美国陆战1师付出了伤亡4500余人,非战斗人员减员7300余人的代价,美第7师也付出了伤亡数千人的代价惨败撤退,合计减员13000多人。