Ngay từ đêm 30 rạng 31-7-1964, đúng vào thời điểm các tàu biệt kích Hải quân Việt Nam Cộng hòa bắn phá các đảo Hòn Mê (Thanh Hóa), Hòn Ngư (Nghệ An) để khiêu khích. Sáng ngày 1-8, khu trục Maddox (mang số hiệu 731) tiến vào khu vực Đèo Ngang, Hòn Ngư rồi vòng quay trở lại tiến lên phía bắc để khiêu khích. Vào 21 giờ 22, ngày 1-8, phân đội tàu phóng lôi của Hải quân nhân dân Việt Nam (gồm 3 chiếc) đã rời căn cứ tiến đến vùng biển Thanh Hóa để ngênh chiến[6]. Hải quân Hoa Kỳ ghi nhận 6 tàu chiến Swift - một loại tàu ngư lôi sử dụng trong các nhiệm vụ bí mật - của Hải quân Việt Nam Cộng hòa đã tấn công các đảo Hòn Mê và Hòn Ngư ở Vịnh Bắc Bộ. Tuy nhiên, phía Việt Nam Cộng hòa đã không thể đổ bộ lên đảo. Phía Hoa Kỳ đã thừa nhận tàu khu trục USS Maddox (DD-731) tham gia chỉ huy vụ tấn công của các tàu chiến Việt Nam Cộng hòa.

Ngày 2 tháng 8, năm 1964, tàu khu trục USS Maddox (DD-731), trong khi thực hiện một cuộc tuần tra thông tin tình báo tín hiệu như là một phần của cuộc tuần tra DeSoto thuộc Kế hoạch 34A, đã đụng độ với ba tàu phóng ngư lôi của Hải quân nhân dân Việt Nam (gồm tàu 333, 336 và 339) thuộc Đoàn tàu phóng ngư lôi 135 do Phân đội trưởng Nguyễn Văn Bột chỉ huy[2]. Một trận hải chiến xảy ra, trong đó Maddox sử dụng hơn 280 đạn pháo 3-inch và 5-inch, cùng bốn máy bay tiêm kích USN F-8 Crusader oanh tạc các tàu phóng ngư lôi. Một máy bay Mỹ đã bị hư hỏng, tàu khu trục bị một vết đạn 14,5 mm. Ba tàu ngư lôi của Hải quân nhân dân Việt Nam bị hư hỏng, bốn thủy thủ thiệt mạng và sáu người bị thương, phía Mỹ không có thương vong về người[8]

Thực tế tàu khu trục USS Maddox (DD-731) đã xâm phạm lãnh hải của Việt Nam Dân chủ Cộng hòa tại khu vực Hòn Mê và Lạch Trường vào lúc 14 giờ 52 ngày 2-8[6]. Cụ thể, ngày 02-08, tàu khu trục USS Maddox chỉ cách bờ biển Thanh Hóa 06 hải lý, nằm trong lãnh hải của Việt Nam.[1]

Phía Hải quân nhân dân Việt Nam thông báo chỉ có hai tàu 333 và 336 bị hư hại một số thiết bị trên boong nhưng vẫn có thể chiến đấu tiếp. Hai tàu 333 và 336 tiếp tục đánh trả máy bay Hoa Kỳ, bắn rơi 1 chiếc, bắn hư hại 1 chiếc khác.[9]