Đợt 1

Ngày 18 tháng 10 năm 1966, tiểu đoàn 1 thuộc trung đoàn bộ binh 95 Quân Giải phóng miền Nam Việt Nam tổ chức pháo kích và bao vây đồn biệt kích biên phòng Plây Jirăng mở màn chiến dịch. Các đơn vị công binh và thông tin của Quân Giải phóng miền Nam Việt Nam phối hợp với trung đoàn bộ binh 95 bắc 2 cầu treo qua sông Pô Kô và mắc đường dây hữu tuyến điện chạy dọc phía tây sông nghi binh Quân đội Hoa Kỳ, Quân lực Việt Nam Cộng hòa và Quân đội Hàn Quốc.

Phát hiện chủ lực Quân Giải phóng miền Nam Việt Nam, quân Mỹ vội vã mở cuộc hành quân "Paul River 4" đánh vào khu vực đông và tây sông Sa Thày. Trước khi tiến quân, sư đoàn 4 Mỹ lập các trận địa pháo binh ở Sùng Lễ, Sùng Thiện, dùng máy bay B52 rải bom ở khu vực cầu treo, đặc biệt là khu vực đông bắc Plây Jirăng, cho biệt kích sục sạo phát hiện lực lượng của Quân Giải phóng miền Nam Việt Nam, chiếm tuyến bàn đạp ở đông sông Pô Kô. Ngày 20 tháng 10, Quân đội Hoa Kỳ dùng máy bay lên thẳng đổ 1 đại đội biệt kích xuống làng Nú. Ngày 23 tháng 10, 2 đại đội Mỹ đổ bộ xuống đông bắc Chư Bai. Ngày 25 tháng 10, 2 tiểu đoàn bộ binh Mỹ và 2 đại đội pháo được máy bay B52 và pháo binh bắn phá dọn đường đổ bộ sang khu vực tây nam Plây Jirăng.

Ngày 26 tháng 10, tiểu đoàn 2 trung đoàn bộ binh 95 Quân Giải phóng miền Nam Việt Nam tập kích 1 đại đội biệt kích Quân đội Hoa Kỳ ở tây bắc Plây Jirăng 10 km, diệt 1 trung đội. Ngày 28 tháng 10, hai đại đội Mỹ hành quân bộ xuyên rừng tiến vào khu B và dừng lại ở B1 và B2 cao điểm 612; bị 2 tiểu đoàn 5 và 6, thuộc trung đoàn 320 Quân Giải phóng miền Nam Việt Nam tập kích diệt gọn. Cùng đêm, tiểu đoàn 2 tập kích 1 đại đội Mỹ ở bắc Sơn Ló, diệt 1 trung đội. Ngày 29 tháng 10, tiểu đội 6 thuộc trung đoàn 320 tập kích quân địch đóng ở làng Mít Dép, diệt 1 đại đội và 1 trung đội khác, bắn rơi 2 máy bay lên thẳng. Đêm 29, tiểu đoàn 2 tập kích vào trận địa pháo Quân đội Hoa Kỳ ở bắc Chư Groll (khu A), phá hủy 2 khẩu 105mm, bắn rơi 1 máy bay lên thẳng (sau trận này, đã điều tiểu đoàn chuyển thuộc trung đoàn 320). Do không nhận thức được nhiệm vụ nên trung đoàn bộ binh 320 chỉ để lại tiểu đoàn 6 ở lại đánh nhỏ lẻ còn toàn bộ trung đoàn hành quân di chuyển lên phía bắc, tách khỏi địch. Căn cứ vào tình hình cụ thể, Bộ tư lệnh chỉ thị cho các đơn vị kết thúc đợt 1 chiến dịch, củng cố và chuẩn bị bước vào đợt 2.

Trước những hành động nghi binh của quân Quân Giải phóng miền Nam Việt Nam, Quân đội Hoa Kỳ đã cho nhiều toán quân biệt kích sục sạo ở hai bên bờ sông Sa Thày trong khu vực C và D, dùng máy bay B52 ném bom và tăng thêm quân hỏa lực ở khu vực đông Sa Thày, dùng biệt kích đánh mở đường sang bên bờ tây sông.

Đợt 2

9 giờ ngày 5 tháng 11, tiểu đoàn 6 của trung đoàn 320 Quân Giải phóng miền Nam Việt Nam phục kích diệt 1 trung đội biệt kích Quân đội Hoa Kỳ ở bờ sông Sa Thày, mở màn cho đợt 2 chiến dịch. 14 giờ ngày 10 tháng 11, tiểu đoàn 9 của trung đoàn 66 phục kích tại D1 (khu D), diệt 100 tên biệt kích Quân đội Hoa Kỳ, bắt sống 3 tên, thu 4 súng tiểu liên. Sau đó Quân đội Hoa Kỳ đổ 1 tiểu đoàn thuộc lữ đoàn 2 sư đoàn 25 Mỹ, 1 đại đội biệt kích và 1 đại đội pháo đóng thành 1 cụm tại bãi 10, nhưng trung đoàn 66 không nắm được Quân đội Hoa Kỳ. Ngày 11 tháng 11, một đại đội biệt kích Quân đội Hoa Kỳ tiến vào bãi 9, bị tiểu đoàn 3 trung đoàn 88 Quân Giải phóng miền Nam Việt Nam chặn đánh, diệt phần lớn đại đội này. 13 giờ, tiểu đoàn 2 thuộc lữ đoàn 2 sư đoàn 4 Mỹ, 1 đại đội biệt kích, 1 đại đội pháo 105mm, 1 đại đội cối 106,7mm đổ bộ xuống chốt cũ của chúng ở C1, điểm cao 289 (khu C). Như vậy Quân Giải phóng miền Nam Việt Nam đã dụ Quân đội Hoa Kỳ vào khu C theo đúng ý định của chiến dịch và cách bố trí của chúng gần đúng với dự kiến của ta. 17 giờ ngày 12 tháng 11 sau khi tiểu đoàn 32 (pháo cối) bắn gần 300 quả đạn cối 120mm và 82mm làm cho 2 đại đội pháo cối và sở chỉ huy tiểu đoàn 2 Mỹ bị tiêu diệt, bộ binh Quân đội Hoa Kỳ bị thương vong nặng, từ các hướng, các chiến sĩ trung đoàn 88 và tiểu đoàn 7 của trung đoàn 66 xung phong tiêu diệt gần hết cụm quân Quân đội Hoa Kỳ ở điểm cao 289 (còn 70 tên chạy thoát bằng máy bay), phá hủy 6 khẩu pháo 105mm, 6 khẩu cối 106,7mm, bắn rơi 7 máy bay lên thẳng. Ngày 13 tháng 11, dưới sự chi viện không quân, 1 đại đội Mỹ đổ bộ xuống điểm cao 289 nhặt xác đồng đội rồi rút.

Cùng lúc, ở phía nam điểm cao 289, tiểu đoàn 9 trung đoàn 66 tiến công diệt gọn 1 đại đội Mỹ. Cùng ngày, tiểu đoàn 1 thuộc lữ đoàn 3, sư đoàn 25 Mỹ đổ bộ xuống khu D, chúng cho 1 đại đội lùng sục ra phía tây khu D, bị 2 tiểu đoàn 8 và 9 của trung đoàn 66 diệt gọn. Ngày 16 tháng 11, Quân đội Hoa Kỳ phải điều lữ đoàn 2 thuộc sư đoàn kỵ binh không vận số 1 Mỹ đến. Ngày 19 tháng 11, hai đại đội thuộc tiểu đoàn 1, lữ đoàn 3, sư đoàn 25 Mỹ tiến vào đúng khu vực do tiểu đoàn 8 bố trí, bị diệt gần hết (còn 40 lính lên máy bay chạy thoát). Ngày 22 tháng 11, tiểu đoàn 8 (trung đoàn 66) đánh tiếp 1 trận ở tây khu D, diệt 59 tên Mỹ (xác chết có phù hiệu kỵ binh không vận), bắn rơi 3 máy bay lên thẳng. Điểm cao 346 (khu D) và điểm cao 300 (khu C), mỗi nơi khoảng 1 tiểu đoàn bộ binh và 1 đến 2 đại đội pháo 105mm. Ngày 24 tháng 11, địch đổ tiếp 2 tiểu đoàn Mỹ xuống nam và bắc khu B, bị trung đoàn 320 bằng các trận đánh nhỏ liên tục tiến công tiêu hao nên chúng chùn lại. Do có khó khăn về lương thực nên Bộ tư lệnh chiến dịch rút 2 trung đoàn 95 và 320 về khu vực xóm 10 cũ, chỉ để lại tiểu đoàn 6 đánh nhỏ ở các khư vực làng Nú và đường 5B cho đến hết chiến dịch.

Trên khu vực đường 19, tiểu đoàn 101 đánh nhỏ, uy hiếp tây Thăng Đức bằng bắn máy bay, phục kích, buộc Quân đội Hoa Kỳ phải đổ bộ 1 tiểu đoàn thuộc lữ đoàn 2 sư đoàn kỵ binh không vận số 1 Mỹ xuống Thăng Đức vào ngày 21 tháng 11. Tiểu đoàn 101 tổ chức tập kích ngay khi địch vừa đổ quân, diệt 1 đại đội

Trên khu vực đường 18, ngày 15 tháng 11, tiểu đoàn 6 phục kích địch ở Plây Cần diệt 1 trung đội và liên tục bám địch đánh nhỏ để bảo vệ nhân dân thu hoạch lúa. Ngày 2 tháng 11, đại đội cối 120 bắn vào cụm quân địch tại Plây Dốc diệt 50 tên, phá hủy 1 pháo 105mm. Ngày 25 tháng 11, Đốc binh cùng du kích phục kích Quân đội Hoa Kỳ tại Cần Can, diệt 4 xe GMC. Để phối hợp với chiến dịch, đêm 26 tháng 11, ta tổ chức pháo kích diệt Quân đội Hoa Kỳ ở Plây Me và phục kích chúng trên đường từ Phù Mỹ về Plây Me.

Bộ tư lệnh ra lệnh chiến dịch của QGP cho các đơn vị kết thúc đợt 2 của chiến dịch, củng cố, rút kinh nghiệm để bước vào đợt 3 và nhận định: địch ở trong khu chiến cụm lại ở điểm cao 346 (khu D) và điểm cao 300 (khu C), chúng mới hình thành một cụm ở Bơn Lơn. Ở phía bắc khu B xuất hiện 1 tiểu đoàn kỵ binh không vận, trung đoàn 42 VNCH tiến ra Plây Leng, Plây Ke... Sắp tới có thể Quân đội Hoa Kỳ sẽ dùng lữ đoàn 101 dù Mỹ với âm mưu và thủ đoạn mới, nên Bộ tư lệnh quyết tâm dụ địch vào khu C khu D để đánh một trận lớn nữa và kết thúc chiến dịch.

Đợt 3

Liên tiếp bị thua, Quân đội Hoa Kỳ dùng máy bay B52, máy bay phản lực và pháo binh yểm trợ tích cực cho bộ binh (bình quân mỗi ngày QĐHK ném xuống khu chiến hơn 100 tấn bom và bắn hơn 100 tấn đạn pháo, trong toàn chiến dịch địch đã sử dụng 306 lần chiến máy bay B52 và 10.500 tấn bom đạn). Ngày 2 tháng 12, địch dùng 110 lần chiếc máy bay lên thẳng chuyển gần 2 tiểu đoàn từ các khu B, C, D đổ bộ lên xóm 10 (Cà Đin). Ngày 6 tháng 12, một tiểu đoàn của lữ đoàn 2 sư đoàn 4 Mỹ tiến vào Cà Đin; tiểu đoàn 200 (pháo cối) tập kích hỏa lực tiêu hao nặng tiểu đoàn này. Quân đội Hoa Kỳ phải kết thúc cuộc hành quân và cũng để chuẩn bị cho các nhiệm vụ tiếp theo, Bộ tư lệnh chiến của QGP dịch lệnh ra cho các đơn vị kết thúc chiến dịch.