Nửa đêm về sáng ngày 21 tháng 4/1972, Quân Giải phóng pháo kích trên 2.000 trái đạn đủ loại vào những địa điểm phòng ngự của Quân lực Việt Nam Cộng hòa, rồi đánh vào thị xã từ bốn nơi khác nhau. Bốn mũi tiến quân cùng khởi động từ ở mặt Ðông: tại 2 km về phía Đông Nam An Lộc, tại 3 km về phía Đông Nam, tại 1 km về phía Đông Nam, và tại 5 km cũng phía Đông Nam đều là những nơi đóng của Quân lực Việt Nam Cộng hòa. Tại mỗi địa điểm tấn công, Quân Giải phóng sử dụng 5- xe cùng với một tiểu đoàn bộ đội đi theo hỗ trợ. Và lần này, bộ đội đặc công bên trong thị xã bắt đầu hoạt động mạnh trở lại để ăn nhịp với các hoạt động bên ngoài, bằng lối đánh nở hoa trong lòng địch.

Tuy nhiên, do thiếu sự phối hợp, các mũi này không khai diễn đồng loạt, mà lại cách quãng nhau. Mũi thứ nhất lúc 4 giờ sáng, và mũi sau cùng hồi 13 giờ chiều. Nhờ thế, lực lượng phòng thủ của Việt Nam Cộng hòa có thể yểm trợ cho nhau một phần hỏa lực còn lại, và nhất là hỏa lực của không quân.

Cuộc đổ quân của Lữ Ðoàn 1 Nhảy Dù bị thiệt hại nặng ở Đồi Gió. Tiểu Ðoàn 6 Dù và một pháo đội gồm 6 khẩu đại bác 105 ly bị Quân Giải phóng đánh thiệt hại nặng vào lúc 17 giờ ngày 21 tháng 4/1972. Có đến 17 phi vụ B-52 để yểm trợ cho An Lộc trong ngày hôm ấy. Trong số đó có 3 phi vụ yểm trợ cho Tiểu Ðoàn 6 Dù rút khỏi Đồi Gió, nằm 4 km về phía Đông An Lộc. Nhưng tiểu đoàn 6 gặp phải mũi tấn công hùng hậu của địch gờm sẵn để tấn công mặt Ðông Nam An Lộc đúng vào ngày này, nên bị tấn công quyết liệt và tan tành. Mặc dù vậy, những đơn vị còn bám trụ lại tồn tại và sống sót mũi tấn công này của đối phương.

Trong lòng nửa phía Bắc thị trấn An Lộc, cuộc giao tranh giữa Biệt Cách Dù và đặc công Miền tiếp tục với mức độ ác liệt, tạo thành những mảng "da báo" trên phần đất này. Hàng trăm xác chết của binh sĩ 2 bên và của cả thường dân nằm trên các đường phố.

Đêm 22 rạng 23 tháng 4/1972, Bộ Tư lệnh Miền tung thêm 2 cánh quân, một đánh vào Tiểu Ðoàn 8 Dù ở cửa Nam An Lộc, và một cánh quân khác đánh vào Trung Ðoàn 15 của Sư đoàn 9 Bộ Binh trên Quốc lộ 13. Cánh quân đánh Tiểu Ðoàn 8 Dù có 2 xe tăng T-54 và 2 chiếc BTR-60 (xe thiết giáp, sức nặng và hỏa lực đều nhẹ hơn xe tăng) yểm trợ. Lúc này, lực lượng phòng thủ của Việt Nam Cộng hòa đã có loại súng chống tăng loại mới mang tên XM202 từ M-72 cải tiến (do lính Dù đem theo lúc không vận vào An Lộc), có thể bắn liên tiếp 4 phát, khi nổ tạo ra sức nóng 3.600 độ Fahrenheit mỗi trái.

Do bất ngờ mà cả bốn chiếc xe tăng, thiết giáp đều bị cháy rụi. Bộ đội tùng thiết thiếu sự yểm hộ của tăng-thiết giáp, nên bị đánh bật trở ra. Vị sĩ quan chỉ huy trưởng của Tiểu Ðoàn 8 Dù còn liên lạc và hướng dẫn phi cơ AC-130 (có gắn pháo 105 ly bắn theo chỉ thị mục tiêu của radar) tiêu diệt luôn 4 xe tăng khác đang chạy về phía đóng quân của Trung Ðoàn 15 Bộ Binh Việt Nam Cộng hòa.

Sau đợt tấn công lần thứ tư, Quân Giải phóng tiếp tục pháo kích vào vị trí Quân lực Việt Nam Cộng hòa, nhưng thay đổi chiến thuật.

Trong khi đó, chiến sự ở đoạn đường Quốc lộ 13 giữa Chơn Thành và An Lộc vẫn tiếp tục diễn ra ác liệt. Bên Quân lực Việt Nam Cộng hòa cố tiến lên, còn nhiều chiến sĩ Quân Giải phóng miền Nam Việt Nam trong các hố chiến đấu cá nhân nằm rải rác dọc Quốc lộ 13 để phục kích và chỉ điểm cho pháo binh của họ từ xa bắn tới.

Ngày nào cũng có một số trực thăng Việt Nam Cộng hòa bị bắn rơi. Mãi đến ngày 8 tháng 5/1972, lực lượng VNCH ở Quốc lộ 13 mới tiến thêm được 6 km nữa để chiếm làng Tàu Ô, nằm giữa Chơn Thành và An Lộc. Trận giao tranh đẫm máu kéo dài 3 ngày đã gây thiệt hại nặng cho cả đôi bên. Quân Giải phóng đã xây những hầm chiến đấu kiên cố sâu đến 6 mét dưới lòng đất khiến máy bay không thể nào phá nổi. Lính VNCH phải đánh cận chiến, đánh bằng lựu đạn, và chiếm cứ từng hầm hố, từng địa đạo, từng căn nhà, từng thước đất một, để dứt điểm quân đối phương.

Lúc ấy, hai trung đoàn của Sư Ðoàn 21 Bộ Binh Việt Nam Cộng hòa tức tốc được trực thăng vận xuống phía Bắc của làng Tàu Ô để rồi đánh thốc xuống, trong khi đó hai trung đoàn khác từ phía Nam đánh lên. Trước khi chiếm làng này, lính VNCH đã phải đối đầu với 4 tiểu đoàn Quân Giải phóng. Bộ Tư lệnh Miền tiếp tục tăng cường 2 tiểu đoàn pháo và đặc công cho mạn Bắc làng Tàu Ô, nhưng 6 tiểu đoàn của họ bị 4 trung đoàn QLVNCH áp đảo về quân số và vũ khí. Chiếm ưu thế, Quân lực Việt Nam Cộng hòa lập một phòng tuyến tại đây, tạo một đầu cầu trên đường tiến vào An Lộc, buộc đối phương phải rút.