Ngày 9 tháng 4 năm 1975, trong lúc các cánh quân lớn trên đất liền của Mặt trận Dân tộc Giải phóng miền Nam Việt Nam bắt đầu tiến công mãnh liệt vào thị xã Xuân Lộc, Tân An (tuyến phòng thủ vòng ngoài của Sài Gòn) thì Bộ Tư lệnh và Sở Chỉ huy Tiền phương của Quân chủng Hải quân Việt Nam Dân chủ Cộng hòa nhận được lệnh của Quân ủy Trung ương giao cho nhiệm vụ tiến đánh đảo Song Tử Tây để mở màn cho việc chiếm quyền kiểm soát quần đảo Trường Sa.

Lúc 21 giờ ngày 10 tháng 4, các tàu 673, 674, 675 của Trung đoàn 125 được điều cấp tốc từ Hải Phòng vào cảng Đà Nẵng. Tàu vừa cập cảng đã lập tức bắt tay vào làm công tác chuẩn bị tiếp tục đi biển. Đội 1 thuộc Trung đoàn 126 Hải quân được giao nhiệm vụ mở đầu chiến dịch đánh chiếm quần đảo Trường Sa với sự phối hợp của một lực lượng đặc công Quân khu 5.

Lúc 4 giờ ngày 11 tháng 4, lực lượng chiến đấu có nhiệm vụ chiếm đảo Song Tử Tây đã rời quân cảng Đà Nẵng. Vào hồi 19 giờ ngày 13 tháng 4, ba tàu chở lực lượng chiến đấu đã đến mục tiêu đúng thời gian quy định. Lúc 19 giờ 10 phút, tàu 673 chở lực lượng chiến đấu tiếp cận đảo còn hai tàu 674, 675 vòng ra án ngữ ở phía bắc và phía nam đảo nhằm sẵn sàng chi viện khi cần thiết.

Vào hồi 2 giờ ngày 14 tháng 4, các phân đội chiến đấu bí mật đổ bộ. Sau hơn hai giờ đồng hồ gặp khó khăn với dòng nước xoáy, với những đợt sóng lớn và những mỏm san hô lởm chởm vây quanh đảo, lực lượng đổ bộ đã bám được mép đảo Song Tử Tây. Đúng 4 giờ 30 phút ngày 14 tháng 4, trận chiến bắt đầu.

Sau ba mươi phút giao tranh, lực lượng Hải quân Việt Nam Dân chủ Cộng hòa đã làm chủ được trận địa. Đến 5 giờ 15 phút ngày 14 tháng 4 năm 1975, toàn bộ quân đồn trú còn lại của Việt Nam Cộng hòa ra đầu hàng. Phía Philippines cho biết một số binh lính Việt Nam Cộng hòa đã bơi sang đảo Song Tử Đông do họ kiểm soát để tránh bị Hải quân Việt Nam Dân chủ Cộng hòa bắt giữ.[4]

Mất đảo Song Tử Tây, hệ thống phòng thủ của Việt Nam Cộng hòa trên quần đảo Trường Sa bị đe dọa. Việt Nam Cộng hòa vội điều tàu tuần dương HQ-16 và tàu đổ bộ cỡ lớn HQ-402 từ Vũng Tàu ra với ý định phản kích chiếm lại đảo, nhưng trước sự bố phòng chặt chẽ của Hải quân Việt Nam Dân chủ Cộng hòa cùng những thất bại nặng nề dồn dập trên khắp các chiến trường, đặc biệt là tin tuyến phòng thủ Phan Rang bị vỡ, đã làm cho tinh thần sĩ quan, binh sĩ đi chi viện hoang mang, dao động nên họ không tiến đánh nữa mà cho tàu quay sang tăng cường phòng thủ cho đảo Nam Yết - trung tâm chỉ huy của Việt Nam Cộng hòa ở quần đảo Trường Sa.

Kể từ ngày đó đến nay, đảo Song Tử Tây tiếp tục nằm dưới sự kiểm soát của Việt Nam, còn Song Tử Đông chỉ cách đó 1,5 hải lý (2,8 km) vẫn nằm dưới sự kiểm soát của Philippines.