Chiến dịch dự kiến chia hai đợt: Đợt 1 (từ 4 đến 31 tháng 3), tập trung chủ lực tác chiến trên đường số 4 và đường số 13; nghi binh kiềm chế mặt Đông Triều, Phả Lại, Lục Nam. Đợt 2 (từ 1 đến 27 tháng 4), tập trung đánh Khe Tù và đường 18, phá hoại triệt để đường số 4.

Đợt 1

Ngày 4 tháng 3 năm 1949, chiến dịch mở màn, hai tiểu đoàn 426 và 215 của trung đoàn 59 và trung đoàn 98 đánh trận phục kích thắng lợi diệt đoàn xe 18 chiếc tại Điền Xá.[4][5]

Từ 5 đến 31 tháng 3, bộ đội Việt Nam liên tiếp hoạt động tác chiến trên chiến trường; đánh bốn trận phục kích tại Khe Nhắng, Bãi Dài, Cầu Lý, Nam Tào và trên sông Lục Nam vào các ngày 7, 10, 20 và 23 tháng 3. Đã diệt 48 tên địch, làm bị thương 16 tên, bất sống 9 tên; thu ba trung liên, một súng cối, hai Các-bin, 13 súng trường, hai tiểu liên Thompson, hai Si-ten; bắn hỏng một xe vận tải và hai ca nô, phá hủy hai trọng liên 12,7mm và hai súng cối, thu nhiều quân trang, quân dụng.

Ngày 5 và 22 tháng 3, bộ đội Việt Nam đánh phục kích bằng địa lôi trên đường 13 và 18; diệt 20 quân Pháp, phá hủy một xe vận tải.

Đồng thời trong ngày 7 và 11 tháng 3, bộ đội Việt Nam chặn đánh thành công hai đợt tiến công của Pháp (lực lượng gồm 800 lính và sĩ quan) vào Khe Nhắng và Đồng Khuy, diệt 13, bắt 6, thu 1 trung liên, một cối 61mm, một Các-bin, tám súng trường và một số quân trang, quân dụng, buộc quân Pháp phải rút lui. Sau đó, quân Pháp mở một số cuộc phản công nhưng cũng bị đẩy lùi: Ngày 21 tháng 3, ước tính hơn 1.000 quân từ Phả Lại, Đông Triều tiến công Bến Tắm (Chí Linh), Trại Sậu, Lãn Giây (Đông Triều); ngày 26 tháng 3, 300 lính gốc Phi, 200 lính tay sai từ Đình Lập, Lộc Bình tiến công vào khu Chi Lăng.

Ngày 27 tháng 3, bộ đội Việt Nam tập kích thắng lợi vào thị xã Móng Cái, phá trại giam, giải thoát 200 người, làm chủ thị xã trong 17 giờ. (từ 16 giờ ngày 27 tháng 3 đến 9 giờ ngày 28 tháng 3). Tiêu diệt 120 lính (hầu hết là Pháp và Âu-Phi), bắt sống một quan tư, tiếp nhận 200 hàng binh (gồm cả người Việt, người Nùng), thu một xe vận tải, một đại bác 37 mm, 5 đại liên, 24 trung liên, 58 tiểu liên, tám súng cối, 32 Bazooka, 800 súng trường, hai máy vô tuyến điện, ba triệu đồng bạc Đông Dương, phá hủy hai xe vận tải và đại bác 105mm.[3][6]

Trên thế trận phát triển thuận lợi, bộ đội Việt Nam mở rộng hoạt động ra các vùng xung quanh, đẩy mạnh phát triển và củng cố cơ sở, phát triển phong trào chiến tranh du kích. Chỉ huy của quân đội Pháp trở lên hoang mang, vội vã tăng quân từ Hải Phòng, Hải Dương và Lạng Sơn lên bố trí ở các vị trí: Phả Lại, Lục Nam, Chũ, Mạo Khê, Đông Triều để đối phó với các trận tiến công của Việt Minh. Đồng thời tổ chức bao vây và càn quét vùng Thủy Nguyên, Kim Môn, Nam Sách để cướp bóc, lùng bắt thanh niên đi lính và tuyên truyền cho Bảo Đại.

Đợt 2

Ngày 18 tháng 4, hai đại đội của tiểu đoàn 426 phối hợp với tiểu đoàn Minh Hổ phục kích trên đường 4 khu vực từ Quang Hoài đến Châu Sơn, tiêu diệt gọn quân cơ động, thu toàn bộ vũ khí và quân dụng.[3]

Đêm 27 tháng 4, tiểu đoàn 215 phối hợp các đại đội độc lập và dân quân du kích tiến công thị xã Quảng Yên. Sau 1 giờ 45 phút, bộ đội Việt Nam chiếm toàn bộ công sở, đốt ba vạn lít xăng, phá hủy 11 xe cơ giới, nhiều tiền bạc và quân trang quân dụng.[3]

Quân Pháp tập trung đối phó trên đường số 18, nhất là đoạn Uông Bí - Cẩm Phả, tổ chức mỗi đợt gần 1.000 quân càn quét ở các điểm: Nam Mậu, Sơn Dương, Kênh Trạo, Làng Cài, Dương Huy, Quang Xa Đông, nhưng hầu hết đều bị quân Việt Minh đánh lui.

Ngày 27 tháng 4 năm 1949, quân đội Việt Nam chủ động kết thúc chiến dịch.[3]