Tuy không thành công trong việc lấy lại Vĩnh Yên (vốn không được đề ra trong kế hoạch tác chiến ban đầu), nhưng QĐNDVN đã giành được những thắng lợi lớn: đánh thiệt hại nặng binh đoàn cơ động của Pháp, loại khỏi vòng chiến đấu khoảng 5.000 quân viễn chinh, với hơn 2.000 bị bắt sống. Trong đó, mặt trận Vĩnh Phúc đã diệt và làm bị thương 2.565, bắt 1.577. Nhiều hội tề tan rã. Quân đội Nhân dân Việt Nam đã tiêu diệt và bức rút 32 vị trí và tháp canh, thu hồi một số lượng lớn vật tư chiến tranh, đặc biệt là 1.478 súng các loại có thể trang bị cho một trung đoàn mạnh.[23]

Việt Nam Dân chủ Cộng hòa gây dựng được chính quyền ở 9 xã 3 thôn, làm chủ hoàn toàn huyện Đa Phúc (Vĩnh Phúc), 2 huyện Bình Liêu, Hoành Mô ở Đông Bắc. Vùng tự do Hải Ninh được mở rộng ra sát Tiên Yên, Móng Cái, là một trong những hậu phương trực tiếp cho chiến dịch Hoàng Hoa Thám. Phong trào du kích ở vùng sau lưng quân Pháp ("vùng địch hậu") trung du và Liên khu III dần phục hồi.[24][25] Riêng tại Vĩnh Phúc, cơ sở du kích đã mở rộng ra 353 thôn.[26]

Song các mục tiêu là mở rộng khu lương thực và phát động chiến tranh du kích còn ở mức thấp, thế trận, kế hoạch củng cố của Pháp trên thực tế còn chưa bị phá vỡ, đảo lộn. QĐNDVN bị tổn thất nặng về lực lượng với 2.931 thiệt hại, trong đó có 815 hy sinh.[27][28]

Tuy nhiên, Chiến dịch Trần Hưng Đạo lại mang ý nghĩa vô cùng quan trọng về thế và lực của Việt Nam, tăng cường sức mạnh để chuyển cuộc kháng chiến từ giai đoạn cầm cự sang giai đoạn tổng phản công.[29]

Ngoài ra, việc Quân đội Nhân dân Việt Nam tiến sát Hà Nội khiến các cơ sở bí mật ở đây hoạt động mạnh. Phong trào học sinh, sinh viên dâng cao. Có cả những thơ văn tuyên truyền được kín đáo gửi đăng công khai-tiêu biểu là bài Nhạc xuân gửi gió ngàn phương của Trọng Bình.[30]

Về phía Pháp, tuy bị thiệt hại nặng nhưng việc buộc Quân đội Nhân dân Việt Nam phải bỏ cuộc bao vây Vĩnh Yên đã củng cố sĩ khí của quân đội viễn chinh. Tuy ngăn chặn được Quân đội Nhân dân Việt Nam trong trận Vĩnh Yên nhưng De Lattre rất lo ngại: khí giới, quân số, đồn phòng thủ, tất cả đều thiếu thốn. De Lattre đặt kế hoạch, một mặt yêu cầu Mỹ viện trợ khí giới, một mặt xây cất các đồn bê-tông thành vòng đai phòng thủ Hà Nội và Hải Phòng. Về quân số thì quân tiếp viện Pháp không đủ, mặc dầu De Lattre vừa được chính phủ Pháp "cho vay" 20.000 quân để lấp vào chỗ hổng thiếu hụt, cần phải tiến hành gấp việc đào tạo quân đội Quốc gia Việt Nam để bổ sung quân số. Salan được cử thay thế De Lattre phụ trách việc hành quân để De Lattre đi Pháp và đi Mỹ cầu viện. Tướng De Linarès được cử giữ chức chỉ huy Bắc kỳ thay thế Salan.

Sau chiến dịch, bản kế hoạch của tướng De Lattre được đưa vào hoạt động, gây khó khăn cho QĐNDVN trong hai chiến dịch tiến sát đồng bằng sông Hồng (Hoàng Hoa Thám và Quang Trung). Ba thất bại liên tiếp về chiến thuật trên đã khiến cho Đại tướng Võ Nguyên Giáp và các đồng chí của mình phải tìm ra một chiến trường mới và cuối cùng đánh bại Đại tướng De Lattre tại Hòa Bình.