Đúng 0 giờ ngày 11/5/1972, giờ khởi đầu của tình trạng thiết quân luật trên toàn lãnh thổ Việt Nam Cộng Hòa, bộ đội mở một màn pháo kích ào ạt các nơi đóng quân của Quân lực Việt Nam Cộng hòa trên toàn An Lộc. Đến 4 giờ sáng, pháo binh ngừng bắn.

Không lâu sau đó QGP chia 3 cánh từ hướng chính Bắc, Ðông Bắc, và Tây Bắc với quân số của mỗi cánh quân ở cấp trung đoàn, được yểm trợ bởi các xe tăng T-54 dẫn đầu đánh ập xuống nửa thị xã phía trên. Ở ngã Đông Bắc, họ đột nhập vào khu Chợ Mới, sát bên phòng tuyến của Quân Lực Việt Nam Cộng Hòa. Trận giao tranh tại đây càng lúc càng kéo dài, mãi đến 8 giờ 30 sáng. Mặt Bắc thị trấn là mặt bị uy hiếp nặng nhất ngay từ đầu cuộc chiến. Các cánh quân tấn công mai phục trong đồn điền cao su Quản Lợi và từ Quốc lộ 13 bây giờ đồng lượt kéo ra tấn công như vũ bão.

Ở mặt chính Bắc và Tây Bắc, QGP huy động một lực lượng mạnh có xe tăng dẫn đầu để tiến công. Các xe tăng dẫn đầu đã chọc thủng thành công phòng tuyến Tây Bắc. Theo sau là hai trung đoàn bộ binh. Tuy nhiên đoàn xe tăng phóng quá nhanh làm bộ đội theo không kịp, liền lập tức bị quân Việt Nam Cộng hòa dùng hỏa tiễn M-72, XM202 và cả súng B-40 (tịch thu lúc trước) bắn hạ 8 chiếc. Tuy nhiên, bộ đội vẫn đến kịp thời buộc các đơn vị phòng thủ phải rút.

Đúng lúc một trung đoàn của F5 và trung đoàn 2 của F9 từ mạn Tây Bắc đánh vào. Hàng loạt bom B-52 thả xuống trúng đích khiến lực lượng này bị thiệt hại nặng khi chỉ cách bìa thị trấn một cây số, lực lượng còn lại không thể đột phá vào trong thị trấn và phải rút ra. Chỉ trong ngày này, Bộ Tư lệnh Hoa Kỳ tại Việt Nam đã dành cho chiến trường An Lộc 20 phi vụ B-52 với 1.800 tấn bom đủ loại. Một lần nữa Quân lực Việt Nam Cộng hòa lại thoát hiểm.

Cùng lúc đó, cánh quân thứ tư của F9 với một trung đoàn được yểm trợ bởi 10 xe tăng dẫn đầu, đã đánh thốc từ dưới lên trên, theo ngã Tây Nam vào lúc 6 giờ 30 sáng. Lực lượng trú phòng chống trả ác liệt, Quân Giải phóng không thể tiến lên được. Tuy nhiên, ở cả hai mặt Bắc lẫn Nam, một số đơn vị đã xâm nhập được vào thị trấn và chia thành nhiều tổ chiến đấu nhỏ. Quân lực Việt Nam Cộng hòa dồn lực lượng ra cố triệt tiêu bằng được số quân này, suốt ngày 12 tháng 5/1972, họ liên tục đánh cận chiến để ngăn toán bộ binh xung kích. Mãi cho đến tối, QGP mất lợi thế về đêm, rút lui trở ra, chiến trường mới tạm lắng dịu. Pháo binh lại bắn liên hồi vào bên trong thị trấn.