Đợt 1

Đêm ngày 29 tháng 5, QĐNDVN tiến công 2 vị trí Non Nước và Gối Hạc. Các đơn vị của 3 đại đoàn 304, 308 và 320 dưới sự chỉ huy của Vương Thừa Vũ, có những xạ thủ trọng pháo gốc người Đức và Tiệp Khắc tình nguyện sang trợ giúp, đã bất ngờ tấn công vào Phủ Lý và Ninh Bình làm Pháp lúng túng. QĐNDVN chuyển quân bí mật đến nỗi cơ quan tình báo Pháp ờ Hà Nội và đại tá Gambiez chỉ huy khu vực đó đều không hay biết gì để đề phòng. Đây là trận lớn thứ ba của Việt minh đánh vào đồng bằng trong năm đó. Mặt trận dài khoảng 100 cây số, trọng tâm là Ninh Bình.

Đại đoàn 304 và đại đoàn 308 từ phía tây tới, vượt qua sông Đáy, tấn công Phủ Lý và Ninh Bình. Trong lúc đó, 5.000 quân du kích địa phương phục kích đoàn quân tiếp viện của Pháp trên đường thuộc địa số 10 từ Hà Nội xuống. Sư đoàn 320 từ Thanh Hóa lên đánh mạn Ninh Bình rồi tạt sang đánh địa phận Phát Diệm. Trung đoàn 64 và 42 quấy rối mạn Nam Định và Thái Bình để cầm chân quân Pháp không sang mạn sông Đáy tiếp viện được.

Đêm 28 tháng 5, tiểu đoàn 79 trung đoàn 102 Đại đoàn 308, được quân báo tỉnh dẫn đường, hành quân tới nhà thờ Đại Phong ở thị xã Ninh Bình đánh đại đội Com-măng-đô Phrăng-xoa (Francois) đang hành quân qua đây đã chọn nhà thờ làm nơi nghỉ qua đêm. Nhà thờ Ninh Bình bị chiếm sau 30 phút, đoàn biệt kích Pháp 90 người chống giữ nơi đó bị tiêu diệt gần hết. Sau 2 ngày, QĐNDVN đã tiêu diệt đại bộ phận quân Pháp tại thị xã Ninh Bình.

"Cuộc hành quân đường dài của Đại đoàn 308 với việc đánh chiếm thị xã Ninh Bình đă được nêu lên trong một thông báo của bộ tham mưu quân viễn chinh là "Cuộc hành binh của Napôlêông" đă tạo nên "hai đêm 28 và 29 tháng 5 là những đêm bi đát nhất ở Đông Dương".[4]

Hướng Hà Nam, đêm 26 đến ngày 31 tháng 5 năm 1951, QĐNDVN đã tiến công tiêu diệt và bức rút 26 vị trí lớn nhỏ, phá tan một mảng lớn vùng địch hậu, làm rạn nứt phòng tuyến sông Đáy, giành thắng lợi lớn về quân sự và chính trị trong đợt đầu chiến dịch. Những con đường bộ nối liền Hà Nội với Ninh Bình đều bị cắt.

Đợt 2

Ngày 1 tháng 6 năm 1951, Đảng ủy chiến dịch họp quyết định mở đợt 2, bao vây bức hàng vị trí Núi Sậu, buộc địch rút thêm các vị trí Bình Hà, đình Phương Nại, chùa Phương Nại. Tối 30 rạng ngày 1-6-51, QĐNDVN tấn công hai ngọn núi phía tây thị trấn Ninh Bình. Bằng chiến thuật tổ ba người dùng thang vượt vách đá, khắc phục vật cản, bộ đội nhanh chóng thọc sâu chia cắt đánh chiếm từng hầm ngầm, lô cốt, ngách hang. Đến rạng sáng QĐNDVN làm chủ trận địa, diệt gần 200 lính, bắt sống chỉ huy. Cùng lúc, tiểu đoàn 29 tiêu diệt quân Pháp trên một mỏm núi ở Gối Hạc, quân Pháp ở mỏm bên bỏ chạy.

Chỉ trong một đêm bộ đội đã tiêu diệt bốn đại đội Pháp. Trung uý Bernard de Lattre de Tassigny, con trai của tướng tổng De Lattre, chỉ huy một đoàn khinh binh người Việt trấn giữ ngọn núi đã tử trận. Chiến sự tiếp diễn trong 2 ngày đến khi quân tiếp viện của De Linarès kéo đến phản công lại, QĐNDVN mới qua sông Đáy rút về phía núi. Tướng De Lattre đau đớn đưa xác con trai duy nhất về Pháp,chôn cất tại một làng vùng Vendée.

Ở Yên Mô, Yên Khánh, đêm 28 tháng 5, Đại đoàn 304 cùng bộ đội địa phương tiêu diệt sáu vị trí Chùa Dầu, Yên Vệ, Cổ Đôi, Yên Mô Thượng, Tuy Lộc và Bến Xanh, mỗi vị trí có một trung đội Pháp. Tiếp đó, đêm 29 tháng 5, đánh hai vị trí Lan Khuê (Bụt Nổi) và Chùa Cao nhưng không thành công. Sau khi hàng loạt vị trí bị diệt, quân Pháp ở các vị trí Chùa Hữu, Yên Ninh, Lan Khê, Yên Thịnh rút chạy song đều bị vây, diệt và bắt gần hết. Trên hướng thứ yếu, đêm 28 và 29 tháng 5, Đại đoàn 320 tiêu diệt hai vị trí Cảnh Linh, Võ Giàng, diệt gần 100 địch; sau đó diệt tiếp vị trí Hưng Công, loại khỏi vòng chiến đấu 120 lính.

Sau bốn ngày tác chiến, QĐNDVN đã tiêu diệt 10 vị trí, trong đó có vị trí ở thị xã Ninh Bình, tiêu diệt một bộ phận viện binh (chín đại đội), bức rút 16 vị trí khác, phá tan một mảng lớn ngụy tề, làm rạn nứt phòng tuyến sông Đáy.

Pháp đưa quân tới giải vây, nên QĐNDVN phải rút lui. Từ đầu tháng 6, Pháp tăng cường lực lượng. So sánh lực lượng lúc này, về bộ binh: QĐNDVN 66 đại đội, Pháp 60 đại đội; về pháo binh Pháp gấp 2,5 lần (hơn nữa QĐNDVN chỉ có sơn pháo 75mm, Pháp thì có đại bác 105mm).

Ngày 15 tháng 6, Đảng ủy chiến dịch họp nhận định: "Các vị trí trên đường số 1 từ Phủ Lý tới Ninh Bình đều được tăng cường. Ta sẽ chuyển sang đánh nhỏ trước khi kết thúc chiến dịch vì mùa mưa đă bắt đầu".[4] Căn cứ vào tình hình, Bộ chỉ huy chiến dịch quyết định chia đợt 2 làm hai bước.

• Bước 1: (Từ ngày 1 đến ngày 7 tháng 6 năm 1951): tiếp tục đánh điểm diệt viện. Trên hướng chủ yếu, đêm 1 tháng 6, trung đoàn 57 Đại đoàn 304 đánh Cầu Bút, Ngọc Lâm, đều không thắng, thương vong 250 người. Trung đoàn 9, Đại đoàn 304 đêm 2 tháng 6, đánh Núi Sậu, cũng không dứt điểm. Nhưng QĐNDVN tiếp tục tổ chức vây ép, quân Pháp ở đây phải ra hàng và buộc phải rút thêm các vị trí Bình Hải,, đình Phương Nại, chùa Phương Nại.

Ngày 3 tháng 6, trung đoàn 36 Đại đoàn 308 hai lần đánh viện, bắn chìm một ca-nô, diệt gần 100 địch trên sông Đáy và diệt hơn 100 lính hành quân trên đường Ninh Bình đi Yên Phúc Thượng. Ngày 4 tháng 6, trung đoàn 88 Đại đoàn 308 tiến công Chùa Cao. Đây là cứ điểm có công sự bằng gạch và xi măng khá kiên cố, do một đại đội com-măng-đô chiếm giữ. Được pháo binh chi viện từ xa, Pháp đưa hải đoàn 3 và tiểu đoàn dù 7 theo đường sông tới giải vây. Trận này QĐNDVN chỉ diệt được một trung đội Pháp, nhưng bị hy sinh 29 người, bị thương 174 người và mất tích 85 người. Đêm 6 tháng 6, QĐNDVN tập trung 5 tiểu đoàn tiến công lần hai, cũng không chiếm được cứ điểm và bị thương vong nặng (69 hy sinh, 258 người bị thương). Đây là tổn thất lớn nhất của trung đoàn trong một trận đánh. Với khả năng bắn chính xác của pháo binh, quân Pháp đã tập trung pháo ngăn chặn những đợt tiến công ban đêm, chờ tới lúc viện binh và không quân kịp can thiệp. Pháp đã phát huy tối đa sức mạnh không quân và pháo binh ở đồng bằng.

Trên hướng thứ yếu, ngày 3 tháng 6, trung đoàn 66, chống càn thắng lợi ở Đông Lương, diệt 200 địch, QĐNDVN thương vong 12 người.

Như vậy, từ ngày 1 đến ngày 7 tháng 6, QĐNDVN tiến công một số cứ điểm, diệt trên 300 lính, nhưng bị thương vong gần 1.000 người. Trong khi đó Pháp lại tăng cường đánh phá bằng không quân và pháo binh; tổ chức các cuộc càn với lực lượng từ một đến ba tiểu đoàn, nhằm đánh phá hậu phương QĐNDVN.

• Bước 2 (từ ngày 8 đến ngày 20 tháng 6): với chủ trương mới là đẩy mạnh chiến tranh du kích, phát triển binh vận, tranh thủ tiêu diệt thêm lực lượng địch. Từ đó, Bộ chỉ huy chiến dịch đề ra chủ trương, mỗi đại đoàn để lại một trung đoàn hoạt động, khi phân tán, lúc tập trung và có thể luân phiên nhau; lực lượng còn lại về vùng tự do chấn chỉnh và chuẩn bị chiến đấu sẵn sàng trở lại chiến trường đánh địch.

Chấp hành chủ trương trên, ở Ninh Bình, trung đoàn 36 Đại đoàn 308 hai lần tập kích vị trí Cầu Cổ, Non Nước, chặn đánh Pháp lùng sục ra Chùa Cao, Phúc Am, Phú Khánh, tập kích nhà thờ Đại Phong, phá cầu Yên, bắn bị thương một tàu LCT trên sông Đáy, chống càn quét ở Cẩm Giá diệt 60 lính, phá hủy 10 xe lội nước. Ở Yên Mô, Kim Sơn, trung đoàn 9 Đại đoàn 304 đánh Côi Trì, Quảng Phúc, diệt 62 lính Âu - Phi, bức Pháp rút Cổ Đôi. Ở Hà Đông, trung đoàn 48 Đại đoàn 320 hoạt động ở vùng Chợ Cháy, ngày 17 tháng 6, tiêu diệt vị trí Phúc Lâm. Trung đoàn 64 tập kích địch ở Phố Cà (Mai Cầu), trên đường 1A, diệt 30 lính, làm bị thương 20.

Ở hướng phối hợp Tả ngạn sông Hồng, trung đoàn 42 cùng bộ đội địa phương và dân quân du kích đã tiêu diệt 18 hương đồn, bức rút 12 hương đồn khác ở các huyện Phủ Cừ, Tiên Lữ tỉnh Hưng Yên, Gia Lộc, Bình Giang, tỉnh Hải Dương và Quỳnh Côi tỉnh Thái Bình.

Trung đoàn 36 đánh quân Pháp càn quét ở Cẩm Giá, tây - nam thị xã Ninh Bình 4 km. Đại đoàn 320 tiêu diệt 2 vị trí nhỏ: Phố Cà và Phúc Lâm ở Hà Nam. Trung tuần tháng 6, 1 tiểu đoàn của 320 thâm nhập Chợ Cháy (Ứng Hòa, Hà Đông).

Tướng Đờ Lát vừa từ Pháp sang, huy động 6 tiểu đoàn dù, bộ binh, cùng với pháo binh và cơ giới mở cuộc bao vây khu vực nhằm "cất vó" lực lượng QĐNDVN. Ngày 18 tháng 6, Pháp mở cuộc càn quét lớn vào khu Chợ Cháy. Chúng tập trung tám tiểu đoàn bộ binh và dù, hai đại đội pháo 105mm phối hợp với lực lượng chiếm đóng quanh vùng cùng hành động. Cuộc càn này do De Castries chỉ huy. Trung đoàn 48, cùng với lực lượng du kích địa phương chặn quyết liệt, diệt 220 lính, làm bị thương 140 lính và bắt 68. Đêm 19 tháng 6, tiểu đoàn được lệnh rút ra khỏi vòng vây và đưa nhân dân tạm lánh sang vùng Nho Quan.

Ở hướng phối hợp tả ngạn sông Hồng, QĐNDVN đã tiêu diệt 18 hương đồn, bức rút 12 hương đồn khác ở các huyện Phủ Cừ, Tiên Lữ (Hưng Yên), Gia Lộc, Bình Giang (Hải Dương), Quỳnh Côi (Thái Bình). Ngày 20 tháng 6 năm 1951, chiến dịch Quang Trung kết thúc