Sau khi phân tích, nhận định tình hình giữa ta và địch trên các chiến trường, Bộ Chính trị và Quân uỷ Trung ương quyết định lấy chiến trường Trị- Thiên làm hướng tấn công quan trọng. Quân uỷ Trung ương chỉ rõ: Chiến dịch Trị Thiên là một chiến dịch quy mô lớn, một chiến dịch hợp đồng binh chủng, chiến dịch tổng hợp cả quân sự và chính trị.
Ngày 11/3/1972, sau khi soát xét lại kết quả chuẩn bị trên các chiến trường, Thường vụ Quân uỷ Trung ương ra Nghị quyết tiến hành cuộc tấn công chiến lược năm 1972. Trị - Thiên được xác định “là hướng chiến lược chủ yếu nhằm tiêu diệt lớn quân địch và mở rộng vùng giải phóng, góp phần làm thay đổi lực lượng giữa ta và địch, thay đổi cục diện chiến tranh ở Miền Nam, đưa cuộc kháng chiến tiến lên một bước mới”. Ngày 23-3-1972, Bộ Chính trị, Quân ủy Trung ương thông qua lần cuối và phê chuẩn kế hoạch tiến công chiến lược năm 1972 và ra quyết định thành lập Đảng uỷ và Bộ Tư lệnh chiến dịch Trị- Thiên 1972 (Bộ Tư lệnh 702), do đồng chí Lê Trọng Tấn làm Tư lệnh, đồng chí Lê Quang Đạo làm Chính uỷ; Các đồng chí Hồ Sĩ Thản (Bí thư Tỉnh uỷ Quảng Trị) và đồng chí Trần Đồng (Bí thư khu uỷ Vĩnh Linh) được chỉ định tham gia chiến dịch.
Dưới sự lãnh đạo trực tiếp của Tỉnh uỷ Quảng Trị, sau khi nắm được tinh thần của chiến dịch tiến công chiến lược 1972, các địa phương, đơn vị khẩn trương chuẩn bị lực lượng hậu cần và địa bàn ứng chiến. Bộ đội địa phương lúc này có 2 tiểu đoàn, 6 đại đội bộ binh, 1 tiểu đoàn và 1 đại đội đặc công. Các huyện thị có 8 đội biệt động, 3 đội đặc công, 6 đại đội và 3 trung đội bộ binh, 2.600 dân quân du kích. Bộ đội chủ lực của Bộ Quốc phòng ở Quảng Trị trong chiến dịch này ban đầu có 4 sư đoàn bộ binh, 6 tiểu đoàn đặc công, 6 trung đoàn pháo xe kéo, 1 trung đoàn pháo mang vác, 2 đại đội tên lửa chống xe tăng, một số tiểu đoàn, đại đội pháo địa phương và một sư đoàn pháo phòng không. Trong đội hình chiến dịch có 2 sư đoàn pháo phòng không bảo vệ phía sau, 2 trung đoàn tên lửa, 10 đại đội và 7 tiểu đoàn cao xạ của các đơn vị bộ đội bộ binh, 7 chi đoàn thiết giáp với tổng số 214 chiếc, trung đoàn 126 hải quân và khu vực 5 hải quân.
Về địch, tính riêng ở Quảng Trị có 16 tiểu đoàn bộ binh, 7 chi đoàn thiết giáp, 7 tiểu đoàn pháo, 43 đại đội bảo an, 500 đội phòng vệ dân sự, 1 tiểu đoàn cảnh sát giã chiến. Tổng số quân của chúng khoảng 50.000 người, trong đó có 39.000 quân chủ lực. Địch tổ chức thành 5 khu vực phòng thủ cấp trung đoàn. Khu vực then chốt của sư đoàn 3 nguỵ là Đông Hà, Ái Tử. Sở chỉ huy, Bộ chỉ huy của sư đoàn 3 đặt tại Ái Tử.
Đến ngày 26/3 năm 1972, mọi chuẩn bị cơ bản cho chiến dịch đã hoàn thành. Cục vận tải, đoàn 559 và đoàn vận tải quân khu 4 cùng hàng ngàn thanh niên xung phong, dân quân hoả tuyến của Quảng Bình, Vĩnh Linh đã có những cố gắng phi thường vận chuyển vượt cung “phá tuyến” chuyển hàng cho yêu cầu chiến dịch. Sư đoàn 308 hành quân vào sau cũng đã có mặt ở bờ Bắc sông Bến Hải.
Đến lúc các binh đoàn chủ lực của ta đã cài thế chiến dịch xong, chỉ còn 2 ngày là bắt đầu trận đánh, lúc đó địch mới phát hiện ra, nhưng tất cả đều đã quá muộn. Chiến dịch tấn công Quảng Trị 1972 của ta bắt đầu.
Đúng 11 giờ 30 phút, ngày 30/3/1972 lệnh tấn công được phát ra. Trận đánh mở màn là trận phục kích phía Nam khu vực điểm cao 322, 288, 166, cầu Thiện Xuân của tiểu đoàn 3 (trung đoàn 27). Bí mật, bất ngờ, cả mặt trận lao vào chiến dịch. Các cụm pháo của ta từ nhiều hướng ở Vĩnh Linh, ở trận địa miền Tây…bắn mãnh liệt vào các cứ điểm 54, Đồi Tròn, Đầu Mầu, Ba Hồ, Động Toàn, Quán Ngang, Nhĩ Trung, Dốc Miếu, Cồn Tiên...khiến toàn bộ hệ thống vòng ngoài của địch ở cửa ngõ phía Bắc bị xé toang, vành đai thép, “con mắt thần điện tử” Mắc Namara bị đập tan tành. Các cứ điểm Ba Hồ, Động Toàn, cao điểm 365, 544, 241...ở phía tây và các cứ điểm Cồn Tiên, Dốc Miếu, Quán Ngang, miếu Bái Sơn ở phía bắc cùng một lúc bị san bằng nhanh chóng.
Ngày 1-4-1972 sư đoàn quân tiên phong (308) từ Vĩnh Linh vượt sông Bến Hải theo điểm cao 161, 135 ra Bái Sơn tiến theo trục đường số 1 vào cầu Đông Hà, đánh sập cầu Đông Hà và chia thành 3 mũi: mũi thứ nhất đánh vào Đông Hà; mũi thứ 2 - vượt cầu Đuồi theo đường 9 đánh vào điểm cao 30, mũi thứ 3 - vượt qua Quất Xá, Nghĩa Hy tiến xuống Đông Nam uy hiếp phía Tây Đông Hà.
Sáng ngày 2-4-1972 ta tiến công căn cứ Tân Lâm, căn cứ sở chỉ huy Trung đoàn 56 nguỵ. Khiếp đảm vì hoả lực pháo binh của ta bao vây, bọn cố vấn Mỹ bỏ chạy, toàn bộ quân nguỵ trong căn cứ, gồm cả chỉ huy, cơ quan tham mưu trung đoàn, cùng một tiểu đoàn bộ binh và nhiều đơn vị trực thuộc do trung tá Trung đoàn trưởng Phạm Văn Đính, thiếu tá Trung đoàn phó Vĩnh Phong cầm đầu phải đầu hàng. Toàn bộ các vị trí địch trên bốn cánh cung Đông - Tây - Nam - Bắc được mệnh danh “lá chắn thép”, “pháo đài bất khả xâm phạm” bị ta xoá sổ. Dưới sự lãnh đạo của Đảng, trực tiếp là các tổ chức đảng địa phương, tiếng súng công đồn đến đâu là nhân dân nhất tề đứng dậy diệt đồn, phá bốt cùng với bộ đội chủ lực, bộ đội địa phương truy kích địch, làm chủ quê hương. Ngày 2/4/1972 hai huyện Gio linh, Cam Lộ hoàn toàn giải phóng, vùng giới tuyến khu phi quân sự được mở toang.
Bị đòn bất ngờ, tuyến phòng ngự mạnh nhất ở vòng ngoài bị vỡ, địch ồ ạt tăng quân để chi viện, đối phó. Trong 5 ngày chúng đã đưa 3 liên đoàn biệt động quân, 2 lữ đoàn thuỷ quân lục chiến và 2 thiết đoàn kỵ binh ra Quảng Trị. Đồng thời Mỹ đưa 1 tàu sân bay và 1 tiểu đoàn thuỷ quân lục chiến ở bờ biển Quảng Trị để chi viện tối đa phi pháo (Cả máy bay B52 và pháo hạm) để ngăn chặn sự tiến công của ta, cứu nguy cho quân nguỵ. Tổng thống Mỹ Ních xơn ra lệnh ném bom trở lại miền Bắc, Chính phủ Mỹ đơn phương ngừng các phiên họp ở hội nghị Pari và vội vã đưa không quân, hải quân trở lại tham chiến ở Việt Nam.
Sau 2 ngày gấp rút chuẩn bị cơ sở vật chất và điều chỉnh lực lượng, chúng ta mở đợt tấn công thọc sâu vào trung tâm phòng ngự của địch. Đúng 15 giờ ngày 8-4-1972, các đơn vị pháo binh của ta bắn phá dữ dội cụm căn cứ Đông Hà- Ái Tử- La Vang; ngày 9-4-1972, trên hướng Đông Hà, bộ binh và xe tăng ta đột phá mãnh liệt trên một cánh cung dài 8 km phía tây- bắc Đông Hà; Trung đoàn 24 (sư đoàn 324) được xe tăng yểm trợ đánh vào căn cứ Phượng Hoàng (Ái Tử); Trên mặt trận cánh đông, 2 tiểu đoàn đặc công (19, 25) và tiểu đoàn 47 của khu vực Vinh Linh vượt sông Cửa Việt, tiến công địch ở một số xã phía bắc huyện Triệu Phong. Lực lượng bộ đội địa phương Quảng Trị đã khẩn trương luồn sâu xuống đồng bằng. Du kích, cán bộ chính trị, cơ sở quần chúng trong vùng địch tạm chiếm vừa hoạt động nhỏ lẻ, rộng khắp, vừa giúp bộ đội chủ lực chuẩn bị chiến trường tạo thế và lực cho đợt tấn công mới. Trước tình hình nguy cấp, địch điều động lực lượng dự bị chiến lược ra Huế. Mỹ dùng máy bay và pháo hạm đánh phá ác liệt hòng ngăn chặn lực lượng ta.
Sáng ngày 27-4-1972, trong lúc địch còn hoang mang, dao động, ta tiến công đợt 2 bằng các trận pháo kích lên các cứ điểm phòng ngự và co cụm của địch ở Đông Hà và La Vang. Sư đoàn 308 được xe tăng, pháo binh, tên lửa yểm trợ đã tấn công từ 3 hướng, tổng công kích vào cứ điểm Đông Hà; đến 15giờ 30 phút ngày 28-4-1972 giải phóng thị xã Đông Hà, đánh sập cầu Lai Phước chặn đường chi viện của địch.
Ở hướng Đông, trung đoàn 27 và tiểu đoàn 66 bộ binh, thiết giáp cùng các lực lượng địa phương: Tiểu đoàn 3; Tiểu đoàn 47 (khu vực Vĩnh Linh), các Đại đội địa phương Triệu Phong, Hải Lăng; ngoài ra Khu đội Vĩnh Linh tăng cường thêm Đại đội 11 bộ binh, Đại đội 18 pháo cối, Đại đội 14 công binh phối hợp, ngày 28- 2-1975 từ Cửa Việt tiến công, đột phá hệ thống phòng thủ của địch dọc vùng đồng bằng Triệu- Hải. Quân ta tiến đến đâu đều được nhân dân ở đó phấn khởi chào đón và phối hợp đấu tranh bằng sức mạnh áp đảo, bằng binh vận kêu gọi địch nhanh chóng hạ vũ khí đầu hàng.
Sáng ngày 30-4-1972 sau đợt bắn phá hoả điểm địch, các lực lượng đánh tràn qua sân bay, xông thẳng vào căn cứ Ái Tử chiếm kho xăng và Sở chỉ huy sư đoàn 3. Đúng 14 giờ ngày 30-4 quân ta hoàn toàn làm chủ Ái Tử, cờ giải phóng tung bay trên đài chỉ huy sân bay.
Sau khi chiếm được Đông Hà, La Vang, Ái Tử, các cánh quân chủ lực và lực lượng quân khu từ nhiều hướng tập trung tấn công giải phóng thị xã Quảng Trị. 11 giờ ngày 1-5-1972 địch bắt đầu rút khỏi thị xã Quảng Trị với ý định lui quân có tổ chức để bảo toàn lực lượng, nhưng không ngờ chúng đi đến đâu cũng bị đánh, chạy đâu cũng bị chặn. Cả đoạn đường gần 30km từ thị xã Quảng Trị đến Mỹ Chánh trở thành “đại lộ kinh hoàng” đối với Mỹ nguỵ. Các cố vấn Mỹ lên trực thăng bay về Sài Gòn, chuẩn tướng Vũ Văn Giai tư lệnh sư đoàn 3 nguỵ lên máy bay chuồn về Đà Nẵng bỏ mặc quân lính hỗn loạn. Cùng lúc này nhân dân và du kích hai huyện Triệu Phong và Hải Lăng nổi dậy tiến công, phối hợp cùng với bộ đội chủ lực truy kích, phá đồn bốt và hệ thống kìm kẹp của địch. Chiều ngày 1-5-1972, Trung đoàn 9 (sư đoàn 304) tiến vào thị xã Quảng Trị, cắm lá cờ vinh quang của Tổ quốc lên Toà hành chính Quảng Trị, báo hiệu tin Quảng Trị là tỉnh đầu tiên của miền Nam được giải phóng.
Thắng lợi chiến dịch Xuân- Hè 1972 có ý nghĩa chiến lược quan trọng, dập tan hệ thống kìm kẹp, đạp nát tuyến phòng thủ mạnh nhất quân sự của Mỹ nguỵ ở miền Nam, làm thay đổi cục diện trên chiến trường Trị - Thiên, thế ta càng thắng, lực ta càng mạnh, dồn địch vào thế khó khăn, lúng túng và suy yếu; tạo khí thế, quyết tâm để quân và dân ta thực hiện lời dạy của Bác “Đánh cho Mỹ cút, đánh cho nguỵ nhào”, góp phần giải phóng hoàn toàn miền Nam thống nhất Tổ quốc./. Quang Hóa