당시 군단 작전명령에 명시된 'Y'선이란 1사단이 진지를 좌 1선 13연대가 고수하고 있는 왜관 북쪽 6.5Km를 기점으로 하여 12, 11연대를 5내지 10Km 가량 후퇴시켜 좌로부터 369고지-수약산-족계산-신주막을 잇는 작전 지역을 말한다. 이 선은 백선엽이 지형 정찰 후 결정한 최후 방어선 이었다.
이 구간은 전투정면이 20Km에 달하여 매우 넓은 방어 정면이었으나 적을 감시할 수 있는 이점이 있었고 또한 1사단과 인접해 있는 6사단, 미군 1기병사단과 연결되어 방어에 유리했다.
13일 백선엽은 좌익에 15연대(13연대가 개칭됐다), 중앙에 12연대, 우익에 11연대를 각각 배치했다. 이때 1사단은 개전 이래 처음으로 편제상의 90~100%, 병력은 70%나 추가되었고, 뿐만 아니라 T-34 격파가 가능한 3.5인치 로켓포까지 지급되어 사기가 더 올라갔다.
이러던 와중에 뜻하지 않은 사태가 벌어졌는데 12연대가 재정비를 하고 있을 동안 인민군 13사단이 12연대의 꼬리를 물고 침투하여 수암산과 유학산을 먼저 점령한 것이다. 이는 2군단장 유재흥의 삽질로(...) 2군단이 쓸데없이 철수경로를 통제하려 하고 백선엽까지 이를 무비판적으로 받아들이는 바람에 두 고지에 배치할 병력이 부족해져 버린 것이다.
뒤늦게 이 사실을 알게 된 1연대는 13일 공격을 실시해 수암산을 탈취했으나 유학산을 탈취하는데는 실패했다. 유학산은 지역에서 가장 높은 고지로 큰 요충지라 1사단은 어떠한 희생을 치루더라도 탈취해야 했다.
14일 새벽 인민군 3사단 1개 연대가 328고지를 공격하는 시각에 국군 12연대는 유학산을 공격했다. 15연대는 382고지를 빼앗겼다가 고전 끝에 탈환에 성공하는 등 혈투를 벌였지만 12연대는 유학산 탈취에 실패하고 말았다. 그런데 이때 좌익 11연대를 공격한 인민군 13사단이 야간을 이용하여 진목동까지 침투하여 사단 주저항선이 돌파되고 말았다.
이에 백선엽은 진목동 방면으로 나가 혼란속에 후퇴하고 있는 11연대 1대대를 수습하여 673고지로 역습하는 한편 좌측에 있던 12연대 1대대를 인민군 전차가 돌파한 진목정으로 급파하여 적의 돌파구를 봉쇄하는데 성공했다.
인민군은 대구(당시 대구에 대한민국 정부의 모든 기능이 집중되어 있었음)만이라도 점령하라는 김일성의 독전으로 광복절에 다부동으로 총공세를 감행하여 사단 좌익 15연대는 328고지를 빼앗긴 채 고전했고 진목정에서는 진전없이 격전만 벌였다.
사단 좌익에 인접한 미군 1기병사단에서는 왜관 북쪽 2Km의 303고지가 피탈되고, 사단 우익 인접 국군 6사단은 4Km나 물러나 대구의 운명은 촌각을 다투었다.
다부동으로 쏟아지는 공세가 심상치 않음을 판단한 유엔군 총사령관 더글러스 맥아더 원수는 다부동에 융단 폭격을 명령했다. 16일 오키나와 기지에서 출격한 B-29 98대는 960톤의 폭탄을 목표에 투하하였으나 인민군의 포격이 다소 줄어든 것 이외에는 별 성과가 없었다. 폭격성과가 기대에 미치지 못하자 19일 실시 예정이었던 2차 폭격은 취소되고 말았다...고 알려졌으나 백선엽 장군의 회고록에 따르면 당시 포로를 심문한 결과 이날의 융단폭격을 기점으로 적들의 기세가 결정적으로 꺾였다고 증언했다고 한다.
한편 백선엽은 중과부적으로 현 진지의 방어가 힘들 것으로 판단하여 사단 고문관 메이 중위를 미 8군 사령부에 보내 증원을 건의하게 하였다. 8군 사령관 월튼 워커 중장은 백선엽의 요청에 경산에 있던 미군 27연대, 37 야포대대, 8야포대대를 진목정으로, 23연대를 두모동으로 투입하여 종심을 강화하였다.
17일 국군 11, 12연대는 유학산을 공격하여 적 1,500명을 사살했으나 11연대 11중대가 지키고 있던 673고지가 기습을 받아 뚫려 버리는 바람에 유학산 탈환에 또다시 실패하고 말았다.
한편 15연대는 융단폭격의 영향으로 인민군이 침묵하고 있는 사이 공격을 재개하여 적을 낙동강 서안으로 몰아내고 328고지를 탈환하였다. 그러나 사단 우측에 벌어진 간격으로 인민군이 침투하여 가산성을 점령했고 이로 인해 동쪽이 노출된 틈을 타서 18일 사단 사령부를 기습했으나 다행이 백선엽 및 사단 주요인물들을 사살하는 데는 실패했다.
20일을 전후하여 전선이 잠시 소강상태에 접어들면서 2군단장 유재흥은 19일 'Y'선을 견고하게 하기 휘해 제8보병사단 10연대를 1사단에 배속시켰다. 인민군은 반면에 유학산을 방어하고 있던 15사단을 20일 영천으로 돌렸다.
21일 백선엽은 중원병력을 받자 'Y'선 회복을 결심하고 12연대와 10연대로 하여금 수암산 및 유학산을 공격하게 하는 한편 11연대로 신주막을 공격하게 하였다. 그러나 이번 공격도 수약산과 유학산을 점령하는데 그치고 11연대는 공격 초반부터 반격에 부딪혀 점차 후퇴하고 있었다. 이에 격분한 백선엽은 직접 소총을 들고 선두지휘하여 힘겹게 원위치를 확보하였다. 또한 이 날 북한군 포병대대장 정봉욱 중좌가 휘하 병력을 이끌고 국군에 투항하여 적 포병대 배치를 알려주어 반격에 큰 도움이 되었다.
한편 증원된 미군 27연대는 인민군의 전차 접근로인 진목정 북쪽에 배치되어 18일에는 남하하는 T-34 2대와 SU-76 자주포를 파괴하고 100여명을 사살하는 전과를 올리고 21일에는 야간침투를 시도하는 전차 7대와 자주포 3대, 기타 차량들을 모든 화포를 총동원한 끝에 격파하여 5시간만에 격퇴시켰다.
이날의 야간전투를 참전자들은 마치 불덩어리들이 당구장을 연상시킨다 하여 '당구장 전투'로 불렀다.