Chiến dịch Xuân hè 1972 xảy ra trên 3 mặt trận chính:

• Mặt trận Trị Thiên Huế hay Chiến dịch Trị Thiên tại mặt trận B2 (Vùng 1 chiến thuật), ở hai tỉnh Quảng Trị và Thừa Thiên - Huế (từ 30/3 tới 31/1/1973) với 40.000 quân chính quy.
• Mặt trận Bắc Tây Nguyên hay Chiến dịch Bắc Tây Nguyên (từ 30/3 đến 5/6/1972) tại Đăk Tô, Tân Cảnh, Kon Tum. Có trên 20.000 quân.
• Mặt trận Đông Nam Bộ hay Chiến dịch Nguyễn Huệ - chiến dịch đánh Lộc Ninh, Bình Long và dọc đường 13, miền Đông Nam Bộ[13] được điều động 40.000 quân của Bộ Tư lệnh Miền cho toàn chiến dịch.

Lúc chiến dịch diễn ra, Hoa Kỳ chỉ còn 65.000 quân nhân tại Việt Nam[14], trong đó số quân chiến đấu trên bộ chỉ còn rất ít và không tham chiến.

Tại Vùng I chiến thuật, Quân Giải phóng miền Nam tấn công bằng 3 Sư đoàn 304, 308, 324, Mặt trận B5 (4 trung đoàn), 1 trung đoàn hỏa tiễn, 4 trung đoàn pháo binh, 3 trung đoàn chiến xa và 2 trung đoàn biệt lập địa phương. Trong tháng 4 và 5/72, hai Sư đoàn 320 và 325 từ phía Bắc của Nam Trung Bộ tiến xuống và Sư đoàn 312 từ Lào về tăng cường tấn công Cam Lộ, La Vang, Hải Lăng và thành phố Quảng Trị. Quân lực VNCH có ở đây 2 sư đoàn bộ binh, 2 lữ đoàn lính thủy đánh bộ, 1 lữ đoàn thiết giáp, 17 tiểu đoàn pháo binh, với hơn 40 ngàn quân chính quy, cộng với hơn 100.000 quân địa phương. Tuy nhiên ưu thế quân số này bị vô hiệu hóa bởi Quân Giải phóng nắm thế chủ động, buộc Quân lực VNCH phải dàn mỏng lực lượng để đối phó.

Trưa ngày 30 tháng 3 năm 1972, hai Sư đoàn 304 và 308 QGP với sự hỗ trợ của các trung đoàn xe tăng và pháo binh[15], vượt qua khu phi quân sự tại giới tuyến 17 chia cắt 2 miền. Từ phía Tây, Sư đoàn 324B, với xe tăng hỗ trợ, theo đường 9 từ Lào vượt qua Khe Sanh, tiến vào thung lũng sông Thạch Hãn. Lực lượng tương đương 3 sư đoàn này đã gây bất ngờ cho quân phòng thủ của Việt Nam Cộng hòa và đồng minh Mỹ[16].

QGP đánh vào các vị trí phòng thủ của Sư đoàn 3 QLVNCh và làm tan rã lực lượng này. QLVNCh rút lui, hai bên bắt đầu một cuộc chạy đua tới các cây cầu tại Đông Hà và Cam Lộ. Ngày 2 tháng 4, trung tá Phạm Văn Đính - chỉ huy Trung đoàn 56 và trung tá Vĩnh Phong - trung đoàn phó gồm 1500 quân ra hàng. Cuối ngày hôm đó, QLVNCh bỏ Mai Lộc, căn cứ cuối cùng ở phía Tây. Từ đó, QGP có thể vượt cầu Cam Lộ cách Đông Hà 11 km về phía Tây.

Sau 3 tuần giảm hoạt động, ngày 27 tháng 4 Quân Giải phóng tấn công Đông Hà từ nhiều hướng (lấy được thị xã này vào ngày hôm sau) và tiến đến sát thị xã Quảng Trị. Ngày 29, Quân lực Việt Nam Cộng hòa được lệnh rút về sông Mỹ Chánh cách đó 13 km về phía Nam. Thị xã Quảng Trị về tay Quân Giải phóng ngày 2 tháng 5.

Chỉ vài ngày sau khi cuộc tiến công tại mặt trận Trị Thiên mở màn, ngày 5 tháng 4, lực lượng gồm Sư đoàn 5, Sư đoàn 7 và một số trung đoàn độc lập của QGP vượt biên giới từ Campuchia tấn công tỉnh Bình Long ở phía bắc Sài Gòn. Họ nhanh chóng cắt đường tới thủ đô Sài Gòn, chiếm Lộc Ninh ngày 7 tháng 4, bao vây An Lộc từ ngày 13 tháng 4.

Ngày 12 tháng 4, mặt trận Bắc Tây Nguyên nổ súng. Sư đoàn 2 QGP cùng một phần của Trung đoàn 203 Tăng thiết giáp và một số trung đoàn độc lập của Mặt trận B-3 tấn công một loạt các cứ điểm quanh Đăk Tô và Tân Cảnh. Lực lượng gồm hơn 100 thiết giáp của QLVNCh từ Bến Hét di chuyển về phía Đăk Tô đã bị mai phục và tiêu diệt. Đến ngày 24 tháng 4, cả Đăk Tô và Tân Cảnh đã thất thủ. Hàng ngàn binh sĩ Việt Nam Cộng hòa rút chạy về Kon Tum gây nên một sự hỗn loạn và hoảng sợ tại thị xã này. Nếu trong vòng 1 tuần, Quân Giải phóng tiếp tục tiến dọc đường 14 để truy đuổi đến đây, Kon Tum sẽ nhanh chóng sụp đổ[17]. Nhưng do thiếu đạn dược bổ sung nên họ đã dừng lại.

Trong giai đoạn đầu, cuộc tổng tấn công đã là một thành công hoàn hảo. Tình báo Mỹ đã đánh giá sai về thời gian, quy mô, và địa điểm của các cuộc tấn công. Có được tính bất ngờ, QGP chọc thủng các tuyến phòng thủ mỏng của QLVNCh, nhanh chóng tiến về các thị xã Quảng Trị ở phía bắc, Kon Tum ở Tây Nguyên, và An Lộc ở cách Sài Gòn chỉ 60 dặm. Chỉ trong hơn 2 tháng tiến công, riêng tại Quảng Trị, QGP diệt hoặc bắt sống gần 30.000 quân, trong đó có một số đơn vị tinh nhuệ của QLVNCh như: Lữ đoàn 147 TQLC; phá hủy và thu 636 xe tăng, xe thiết giáp, 1.870 xe quân sự, 419 khẩu pháo các loại, bắn rơi và phá hủy 340 máy bay.

Tổng thống Nguyễn Văn Thiệu buộc phải rút quân bỏ ngỏ vùng nông thôn, huy động hầu hết lực lượng dự bị để bảo vệ các thị xã bị đe dọa, tạo cơ hội cho các lực lượng địa phương của Quân giải phóng Miền Nam mở các cuộc tấn công tại đồng bằng sông Cửu Long và các vùng tập trung dân cư quanh Sài Gòn.

Theo ông William Colby, giám đốc cơ quan CIA tại Sài Gòn thì Quân Giải phóng chắc chắn sẽ chiếm được Huế nhưng không qua nổi Đà Nẵng. Dù vậy, thực tế tốt hơn mong đợi khi Hạm đội 7 và Không lực của Mỹ tham chiến, hỗ trợ hỏa lực giúp ngăn đà tiến của đối phương, giúp QLVNCh có thêm thời gian bổ sung thiệt hại và tổ chức lại. Tổng thống Thiệu giao quyền chỉ huy trận Quảng Trị cho Trung tướng Ngô Quang Trưởng.

Với sự yểm trợ hỏa lực tối đa của Mỹ, tướng Trưởng đã ngăn được đà của QGP tiến vào Huế, khiến đối phương phải lui về phòng ngự. Nhờ hỏa lực khủng khiếp từ không quân Mỹ và hạm đội 7, việc tập trung nhiều lực lượng xung quanh mục tiêu tiến công đã khiến QGP chịu hỏa lực oanh tạc liên tục, một số đơn vị thiệt hại nặng trước khi nổ súng. Với sự hỗ trợ của Mỹ, quân VNCH sau đó phản công và tái chiếm lại thành cổ Quảng Trị sau đó 2 tháng, nhưng phải hứng chịu tổn thất nặng nề vì QGP chống trả rất quyết liệt.[18] Sau đó, 2 bên giằng co cho đến cuối tháng 1/1973 thì Hiệp định Paris được ký kết, hai bên ngừng chiến. Kết quả chiến dịch là Quân Giải phóng miền Nam Việt Nam đã kiểm soát được thêm một nửa tỉnh Quảng Trị (Xem chi tiết: Chiến dịch Trị Thiên)

Tại An Lộc, QGP liên tiếp huy động thêm sư đoàn 9 và một số tiểu đoàn của Quân Khu 8, lực lượng thiết giáp và pháo binh tác chiến. Sư đoàn 9 cùng đặc công Miền nổ súng đánh mạnh vào An Lộc hy vọng sẽ đè bẹp đối phương rồi tiến vào bao vây Sài Gòn. Tuy nhiên họ đã để lỡ thời cơ. Mùa mưa đến, nhờ những cuộc tấn công yểm trợ dữ dội của không quân Mỹ, QLVNCh đã trụ vững.[18]. Kết quả chiến dịch: Quân Giải phóng kiểm soát được thêm thị xã Lộc Ninh và nhiều huyện ở Đông Nam Bộ cũng như vây lỏng An Lộc (Xem chi tiết: Chiến dịch Nguyễn Huệ.)

Tuy không quân Mỹ đã đánh phá một cách có hiệu quả các địa điểm tập trung của Quân Giải phóng nhưng chiến lược Việt Nam hóa chiến tranh đã nhấn mạnh: Việt Nam Cộng hòa phải tự lo lấy phần việc chiến đấu trên mặt đất. Người Mỹ sẽ chỉ giúp họ về hậu cần và hỏa lực Không quân. Thực chất, Việt Nam hóa chiến tranh đã phá sản khi Chiến dịch Lam Sơn 719 của QLVNCh thất bại[19]

Trong chiến dịch, Hoa Kỳ ước tính khoảng 25.000 dân thường đã bị thiệt mạng, gần 1 triệu phải đi tản cư.[20] Việc Hoa Kỳ sử dụng lượng hỏa lực rất lớn, pháo kích và B-52 đánh phá hàng ngày làm cả thường dân và nhà cửa dân sự cũng chịu tổn thất lớn.