11月中旬，印軍果然調集了更多的兵力、兵器，準備繼續向中國軍隊進攻，並置重點於中印邊境東段。為了遏制中國軍隊的正面反攻，他們在西藏山南地區的西山口一帶作了前重後輕式的分段部署，形成外線較強、側後較弱的配置。這個特點一下子讓劉伯承抓住了，他指出：“照我看，目前敵人的配置，東段敵人兵力的重點在西山口、邦迪拉方向上，該敵配置特點是：銅頭、錫尾、背緊、腹松？？從西北向東南擺成一字長蛇陣對我組織防禦。

在西山口方向，敵人左翼就是它的肚子，從這裡開刀，要比砍背容易些。”

他要求部隊採取迂迴包圍的戰法來加以對付，並說：“分進合擊是軍事原則，是一個重要的戰法；正面攻擊和迂迴部隊，遠距離迂迴和近距離包圍迂迴的部隊，這個方向和那個方向的部隊，步兵和炮兵等等，都要切實協調一致的動作。”在指揮上，他特別關照部隊指揮員：“一是道路，作專門調查，抓好這一點就抓住關鍵；二是統一的時間、計劃都有了，要確保其實施，還應採取一些相應的措施，對影響部隊開進和運動的各種因素，事先都要作好仔細的考慮；三是各方向的部隊要有獨立作戰能力。這幾點搞好了，分進合擊就有把握。”

劉伯承身在北京，心在前線，幾乎把作戰部隊可能遇到的問題，全部想到了，而且提出了一連串切實可行的對策。真可謂運籌帷幄之中，決勝千里之外。

11月14日和16日，印軍再次發動進攻。

11月16日，中國邊防部隊堅決還擊，自衛反擊作戰第二階段的戰鬥打響了。在東段西山口方向，根據劉伯承“打頭、擊背、剖腹、切尾”的指示，西藏邊防部隊採取鉗制正面，夾擊兩翼和迂迴腹背的戰術，一舉形成對印軍的合擊態勢。18日，發起了總攻，先後攻佔了西山口、申隔宗、略馬東、德讓宗、邦迪拉等地，擊斃印軍第六十二旅旅長辛格准將。在東段的另一方向瓦弄地區，邊防部隊主力同日晚直插印軍縱深，拔除了他們的據點，把他們趕得一路南逃。21日，逼近了中印邊界傳統習慣線。山南、林芝邊防分隊順勢進擊，很快到達了預定地區。在西段，新疆邊防部隊，拔除了班公湖地區入侵印軍殘存的6個侵略據點，並將印軍趕回到傳統習慣線印方一側。

11月21日，中國政府發表宣告，決定在中印邊境全線停火，並從12月1日開始主動回撤。為了表示中國政府的誠意，中國邊防部隊還奉命將作戰中繳獲的大批武器、車輛及其他軍用物資，全部交還給了印度，並釋放了全部被俘人員。

中印邊境自衛反擊作戰，在軍事上、政治上都取得了偉大的勝利，使全世界主持正義的國家和人民瞭解了中印邊境爭議的真相和中國政府的正確立場，提高了中國的國威軍威，進一步鞏固了西南邊防。

劉伯承在擔任軍委戰略小組組長期間，另一項重要活動就是深入到東北邊防一線視察，瞭解邊防建設和戰備工作情況。1964年7月4日，他帶領幾名參謀人員先到瀋陽，爾後經吉林省延邊朝鮮族自治州北上，到達牡丹江市。

他接見了黑龍江省委和公安縱隊負責人，乘船巡視了鏡泊湖周圍的地形，參觀了一個軍工廠。他還專程到中蘇邊境城市綏芬河視察，饒有興趣地尋訪他在1930年從蘇聯回國時的路線。只是由於30多年的滄桑變化，綏芬河的市容已全部改觀，當年他冒著生命危險越境返國的途徑也不能辨認了。他向大家風趣地述說了化裝回國的經過情景，流露出不勝今昔之感。

就在這時，《人民日報》、《紅旗》雜誌聯名發表了《關於赫魯曉夫的假共產主義及其在世界歷史上的教訓》（九評蘇共中央的公開信）。他聽了廣播，並在拿到報紙後的當天，從下午2點鐘一直看到6點。他知道，自1957年以來，中蘇矛盾逐漸激化，至今兩黨、兩國關係已經徹底惡化，隨之而來的，必然是兩國邊境局勢的緊張。他這次出行，正是想透過實地巡視和考察，掌握東北邊境地區的實際情況，找出加強防衛的有效辦法來。由於連日旅途勞累，加上每到一地，看書、看報、看地圖，進行調查研究，同當地領導人商談工作，使他的眼病又一次發作，終日頭暈目眩。但他未予理會。

7月16日，他由牡丹江赴哈爾濱。在哈市，他聽取了黑龍江省軍區負責人的工作彙報，詳細觀看了省軍區的農、林、牧、漁場分佈形勢圖。回到住地，他結合邊防情況進行了分析，然後向隨行參謀提出：“你們研究一下，若是象新疆那樣組建生產建設兵團，按照黑龍江邊境地區現有農場數目，在實際需要上