金门当地缺少足够货币採购，只好决定用花生油以物易物；但因花生油生產不及未能在中荣舰离开前交货；中荣舰在卸下货物后并未直接返航，而是在金门外海徘徊一下后便谎称海象不佳返回金门「避风」。
这一避正好遇到了解放军攻击金门，于是中荣舰「不但生意做了，钱也赚了，还记了功」；天亮后，一百多艘解放军登陆船隻无一返回，第二梯次援军隔海兴叹。
第十八军军长高魁元，指挥第一一八师（欠第三五二团）配属战车第三连（欠一排）向解放军攻击；第十九军之第十八师其已登陆进驻琼林之部队亦就近归十八军高军长指挥。该师尚未下船之第五十三团则转航小金门登陆，归第五军军长李运成指挥；第十九军军长刘云瀚与第廿五军军长沉向奎连络，指挥该军第十四师（欠第四十团），及第十三师之一部，由金门后埔向北推进，迎击由安岐、埔头南窜之解放军，併积极向古寧头推进，另以第四十师之迫击砲全部配属第十四师，以加强其火力。战车营营长陈振威将预备队战车两排，进至琼林待命。
10月25日，解放军第二四四团一度佔领双乳山，天亮时遭国军装甲部队反击退败。在湖尾登陆之解放军第二五三团佔领观音山和湖尾高地，到10月25日中午被迫撤退。解放军第二五一团衝出包围窜到古寧头，固守林厝，被国军第十四师和第一一八师强力反攻，反攻林厝的国军第十四师第四十二团上校团长李光前阵亡。
第二日
汤恩伯和胡璉
10月26日凌晨，解放军凑齐一些船隻，由第二四六团团长孙玉秀率该团两个连和解放军第八十五师两个连增援。第二四六团在湖尾登陆；另两连在古寧头登陆。
天亮时，第二四六团两个连突破包围，在古寧头和据守该地解放军会合。清晨6时30分，高魁元指挥反击，第一一八师从浦头以北海岸线向林厝攻击。因为解放军据永久工事还击，林厝战况激烈。9时多，国军「空军b-24重轰炸机、p-47战斗机及海军砲火轰击」。
10月26日，胡璉由台船抵战地，经面报战况后，胡璉亲与各师长通话指示，士气大振。
上午10时，胡璉到达大、小金门间之水头。
上午11时，东南军政长官公署副长官罗卓英偕第十二兵团司令官胡璉抵水头村，晤汤恩伯后，旋即赴湖南高地，将部署略为调整。
胡璉接手指挥，双方巷战，战况惨烈。12时，国军攻下林厝，15时拿下南山。
国军已掌控情势，胜券在握，第三五二团于15时攻入北山，第一一八师师长李树兰以第三五三团接替第三五二团，偕同战车继续攻击任务。
第三日
10月27日午夜时分，解放军弹尽粮绝，「突围至海岸」，1,300馀人困在古寧头以北海岸绝壁断崖下之沙滩。
凌晨3时，尚有解放军第二五九团第三连约30馀人，乘汽艇一艘到达古寧头北侧海岸，登陆后亦尽为国军所俘。国军负责清理战场，发现解放军藏匿在断崖下，于是展开围攻，经过4个小时战斗，击毙解放军400馀人，剩下900多人无力再战，最后集体投降，这里是古寧头战役之终结地。孙玉秀自杀。
10月27日晨，国军已尽歼古寧头村内之敌。
但不久发现村北岸尚有解放军甚多，係10月26日夜由厦门增援而来，船去，人不能攀登，经晓諭后，乃弃械而降。
至此，一场大战始告结束。
上午9时30分，李树兰由古寧头直接向胡璉作如上报告。
不久，东南军政长官陈诚飞临金门，曾亲至战地视察，归时途次一三二高地，100馀名人枪整齐之解放军突由深壕密草中，旋即出降。
此时乃下午4时馀，应为真正之战事结束。
据闻当时解放军二十八军副军长萧锋和政治部主任李曼村面对叶飞失声痛哭，叶飞报告华东军区司令员陈毅并报中央军委，请求予以处分。
金门岛上战斗直到10月28日才逐渐平息，零星战斗持续更长。此外，金门岛上逗留时间最久的是解放军第二五三团团长徐博，他在10月26日晚突出重围进入东部山区后，就一直隐蔽在北太武山山洞中，靠挖食地瓜等植物充飢，等待解放军第二次登陆。一位北太武山村民向胡璉抱怨他种的红薯常常在夜晚被部队偷吃，胡璉出动一个师兵力搜山。直到1950年1月，徐博「长发长鬚，形同野人」，才被国军发现，后来押到台湾处决。
双方损失
古寧头战役解放军共有三批登陆，首批为10月24日晚的第二十八军第八十二师第二四四团、第二十八军第八十四师第二五一团、第二十九军第八十五师第二五三团和第二十八军八十二师第二四六团第三营，共10个建制营；第二批是10月25日晚的第二十八军第八十二师第二四六团一营二连和两个机砲排，以及从全团抽调的30多名战斗骨干（共300多人）、第二十九军第八十七师第二五九团三营的200多名战斗骨干（实际上岛100多人）；第三批是10月26日晚第二十九军第八十七师第二五九团一营二连的30多名（接应伤员撤退），合计9,086人，其中船工、民夫约350人。
解放军战史称登陆部队大都牺牲，包括第二五一团参谋长郝越三、政治处主任王学元、第二四六团副团长刘汉斌，倖存被俘者仅3,900馀人，其中营长6人、连长5人、指战员1人，大部被送至台中干城营房关押；其他官阶较高，如第二五一团团长刘天祥是用飞机运回（有说是在台绝食死亡）。国军战史称俘虏解放军7,364人，具体情况是第二○一师俘虏1,495人，第一一八师俘虏3,204人，第十一师俘虏735人，第十八师俘虏995人，第十四师俘虏935人，两者之说法差异甚大。据沉志华在《金门内战与冷战》一书中记载，国军报导毙伤、俘虏解放军多次变化，版本眾多，有1.2万、1.5万、1.7万、2万人不等。胡璉在《金门忆旧》一书中甚至说俘虏船工千人。由此可以看出国军战场数据统计失实，不过这是国军的传统。
东南行政长官公署曾经召开新闻发布会声明」国军伤亡不足3,000人。「国军战史称阵亡1,267人，伤1,982人，共3,249人。阵亡最高职务的是十九军十四师四十二团团长李光前上校。
据沉志华在《金门内战与冷战》一书认为这个数字的伤亡比例明显小于正常水平。
1953年国军金门地区阵亡将士公墓收敛古寧头战役、大二担战役、南日岛战役三次战斗的阵亡及病故人员共4,500具尸体，其中大二担、南日岛战斗规模远逊于古寧头战役，可以粗略估算古寧头战役国军阵亡人数约在3,500人以上（结合国军自己公佈的1,267人，加上就地补入金门守军的解放军俘虏2,000人，大致相当），负伤者估计在5,000以上。
据《国民革命军战役史第五部》记载该战役国军阵亡2,437人，负伤3,700人。虽然伤亡比例依旧偏低，但是阵亡数字比先前翻了一番，伤亡合计达到6,100人以上。
沉志华在书中同时认为除了伤亡外，还有一个被俘数字。据几个参战团当时电报汇报「一梯队三个团在登陆时各俘获国民党青年军数百至千馀俘虏。」因此伤亡6,100人和这近3,000俘虏合计9,000人以上，解放军战史称歼灭国军9,000多人，根据中国人民解放军战场统计传统，所谓歼灭是指击毙、击伤、俘虏等使之丧失作战能力的合计数。
影响与评价的争议
自解放军南渡长江后，国军兵败如山倒。陈诚秉承蒋之意志，在金门、厦门危急时，使罗卓英冒越权之名，向第十二兵团调用第十八军，不以之运台澎，以履行保卫台湾之使命，而使之赴金门，以增援当地守军，此乃大将「顾大局，救他人」之风范。
当厦门失守后，迅以第十二兵团急援金门。
空军总司令周至柔除空中支援外，并无地面作战之责任，但鑑于金门、厦门危急，千里应援，迅以机场警卫部队，编成两师，加入第二十二兵团之第二十五军，戍守前线。
海军、空军密切协同，大力支援，实为迅速收功之要因，事实俱在，功不可没。
在金门，空军对彼岸解放军之压制，使解放军不能调集船隻，续行增援，抑且压制解放军砲火，使其无法射击。
海军总司令黎玉璽统率卓越，安定海域，使援军源源而来，且以猛烈火力，对胡璉有力支援，群策群力。
1949年10月27日，古寧头战役获胜消息传到台北，蒋中正流了泪说：「这一仗我们全胜了……台湾安全了。」
蒋对此战给予高度评价：「古寧头大捷，不仅保住了金门，更保住了台湾。」
在10月27日「古寧头战役检讨会」，陈诚训词：
「此次金门大捷……造成东南军事胜利的开端，给国人一个失败心理的改变，总裁闻悉，异常高兴，特派我前来本岛，慰问全体将士，当胜利消息传到台湾时，正是台湾光復四週年的纪念日，本人正在参加开会，台南的火炬正要到达的时候，就接到汤总司令报捷电话，这个巧合，使台湾民眾闻讯之后，无不欢欣鼓舞，预兆着今后国家前途的光明。……」
李良荣曾在陈诚面前提出：
「此次金门保卫战胜利因素：
一、战斗前……情报确实，主任汤恩伯对……登陆地点判断正确，能够予以适当的措施，制胜敌人。
二、友军协同很好，不分彼此，加入战场，使有足够之兵力，发挥更大的效用。
三、十八军军长指挥有方。
四、战车力量大，动作迅速，也是致胜因素。
……」
李良荣还致词：「吾第十九军能及时来到」国军方面认为古寧头战役规模并不大，只是师级规模，但其深远影响却远非普通一场师级规模战斗可比。
蒋经国认为：「古寧头战役是国民党的转折点。」胡璉说：「古寧头战役的胜利既是军事上的，也是政治上的，更是精神上的。」
国军认为因为解放军在古寧头战役惨败，加上11月3日登步岛战役，使解放军对登陆战艰鉅有深刻瞭解，解放军积极加强建设海空力量，不像过去单靠陆军登陆作战。
东南军政长官陈诚谓之：「是共军渡江以来碰到的第一个大钉子。」而中华民国代总统李宗仁特以此捷，于重庆致电陈诚申贺，谓：
特急，台北陈长官辞修兄：
金门守军奋勇应战，予以重刽，捷报传来，人心振奋，吾兄董督有方，将士用命，至足佩慰。希即传令嘉奖，查明有功将士，呈报国防部，分别奖赏，并盼再接再厉，晋建殊勋，无任企望。
李宗仁
1949年11月3日，蒋在「敌我双方优势之分析」的训词中，曾说：
「此次金门保卫战的结果，对于来犯之匪万馀人，予以彻底的歼灭，不使有一人脱逃漏网，这是我们剿匪以来最大的一次胜利。」
其后，于1950年4月，特别颁发团体荣誉旗，以奖参与此役特着功绩之第一一八师及第十八师。
鉴于古寧头战役惨败，在第四野战军发动海南岛战役前，毛泽东专门发电报要求四野向第三野战军调查渡海作战经验，以免重蹈金门覆辙。
解放军虽然很看重古寧头战役的失利教训，但并没有将其视为重要战役。中国人民解放军国防大学教授徐焰在其着作中，称金门战斗失利只是第二次国共内战末期一个小插曲，仅是暂时延缓解放军攻取东南沿海岛屿，并未影响全局。解放军多次检讨与总结，开始重视渡海作战特殊规律，再经过登步岛战役失利总结，解放军初步掌握渡海作战规律。
古寧头战役结束后，东南沿海岛屿被吸取经验的解放军逐步夺取或国军因战略理由撤退。
古寧头战役后半年，解放军随即攻佔海南岛。
之后相继攻佔相对简单的、万山群岛及1955年的一江山岛。不过防御坚强的金门及其他岛屿始终无法越雷池一步。
战后发展
古寧头战史馆
此战役后，守第一线的二零一师回台湾整补，而胡璉之第十二兵团则于12月1日奉命就地改为金门防卫司令部。汤恩伯代理总司令及李良荣兵团司令奉命赴台湾，第十八军军长高魁元一直做到陆军总司令、参谋总长、国防部长。
国军指挥官争论
由于在古寧头战役前夕，国军更动金门地区最高指挥官，由胡璉出任兵团司令官及福建省主席，接管金门防务。古寧头战役开打后第三天，胡璉始抵达金门赴新任，因此尔后发生了金门保卫战指挥权归谁的争论。主要的争论焦点在汤恩伯与胡璉，此外也有认为係第十八军长高魁元或第二十二兵团司令李良荣实际指挥者。
此外，传言汤恩伯聘请前日军将领根本博（化名为林保源）为顾问，一说他建议国军后撤让解放军上岸，然后破坏船隻阻止增援，从而加以围歼。
后续
被俘解放军，包括第二四四团团长兼政治委员邢永生、参谋长朱斐然、政治处主任孙树亮、特务连副指导员刘继堂，第二五一团团长刘天祥、副团长马绍堂、政治委员田志春、第二五三团参谋长王剑秋等。邢永生、朱斐然有说是在台关押时死亡，有说是赴台后失踪。
1950年开始，被俘解放军陆续释放回中国大陆。官职较高如孙树亮，1949年10月26日被俘，被关押在台北内湖集中营，1950年回到中国大陆。1956年1月，第二五三团第一营第一连的许道位被释放，是最后一名被释放战俘。直到1980年代，还陆续有人返回中国大陆。回到中国后，战俘被视为叛徒，接受审查和再学习。很多战俘都被判处徒刑：孙树亮5年、马绍堂5年，而第253团3营营长李子元、第251团副连管理员竇永礼及第29军司令部参谋徐惠良等被枪毙。
軼事
据解放军第二十八军副军长萧峰回忆，1950年代几名从金门被释放的解放军战俘告诉他，古寧头战役最后阶段，一名受伤解放军大喊「我就是萧峰」，由于岛上国军传言古寧头战役解放军实际指挥官萧峰已经登岛，因此大批蜂拥而至想要活捉所谓的「萧峰」，这名战士最终拉响手榴弹和上前的国军士兵同归于尽。
解放军第二四四团第一营第一连卫生员赵保厚，曾经荣获华东三级人民英雄，战斗打响前，赵保厚想留下和团长邢永生在上海的合影，团长邢永生说：「小赵，照片不要留了，丢了上海的照片，我们以后在北京，在天安门照」。
金门战斗中邢永生被俘后被杀害。
1987年回乡探亲，在北京天安门广场照相完成了邢永生团长的夙愿。赵保厚多次试图想从金门逃回大陆地区，但是没有成功。战后被编入国军第一一八师，后因不满国军第一一八师设立军妓院糟蹋妇女，离开该师去了卫生学校。
1965年赵写了一封家信託人带回家，文革开始后其父母因这关係遭受迫害，父亲不久就被折磨而死，母亲也在村中被强迫扫大街。