Trước khi đánh vào căn cứ Làng Vây, nhiều bộ đội công binh đã hy sinh khi gỡ mìn cho xe tăng đi qua. Thiếu tướng Lê Xuân Tấu cho biết: khi đến giờ nổ súng (21 giờ ngày 6 tháng 2 năm 1968) thì phía trước còn đầy mìn. Lúc đó, người chỉ huy phá mìn của lực lượng công binh là trung đội phó, Anh hùng lực lượng vũ trang nhân dân Bùi Ngọc Dương bị thương, một cánh tay chỉ còn treo lủng lẳng. Anh Dương yêu cầu đồng đội của mình dùng dao găm cắt cánh tay của mình để không bị vướng nhưng không ai dám làm nên anh tự cắt, nín nhịn cơn đau và vẫn chỉ huy nhiệm vụ.

Khi nhận định bãi mìn trước mắt chỉ là mìn chống bộ binh, không thể sát thương xe tăng nên ông Tấu quyết định cho xe mình đang điều khiển tiên phong húc đổ hàng rào, tấn công cứ điểm làng Vây. Trận đánh bắt đầu lúc 23 giờ 30 phút ngày 6 tháng 2. Sau khi pháo binh bắn chế áp, bộ binh, đặc công và xe tăng của Quân Giải phóng miền Nam Việt Nam tiến công cứ điểm từ 3 hướng: nam, tây bắc, và đông bắc. "Khi chúng tôi nã phát súng đầu tiên, quân địch mới biết có xe tăng tấn công và do quá bất ngờ nên không kịp trở tay. Chúng tôi nhanh chóng làm chủ tình hình" - ông Tấu nhớ lại.

Đến 1 giờ 5 phút ngày 7 tháng 2, Quân Giải phóng miền Nam Việt Nam chiếm được khu trung tâm. Quân Mĩ và đồng minh cố chống cự bằng súng chống tăng M-72, nhưng đa số hơn 100 quả đạn hoặc bắn trượt, hoặc văng ra khi gặp vỏ giáp nghiêng của xe PT-76. Vũ khí hiệu quả nhất là 2 khẩu pháo không giật 106,7mm thì chỉ kịp bắn hạ được 1 xe PT-76 trước khi bị những chiếc khác dùng pháo D-56T phá hủy hoàn toàn.

Từ 3 giờ 30 phút ngày 7 tháng 2, Quân Giải phóng đã chiếm xong hầu hết các khu vực và bắt đầu tổ chức truy quét quân địch ở các hầm ngầm, công sự. Đến 10 giờ cùng ngày, lá cờ của Quân Giải phóng miền Nam Việt Nam đã tung bay ở cứ điểm Làng Vây.

Xe tăng PT-76 của Quân Giải phóng miền Nam Việt Nam xuất hiện đã gây bất ngờ lớn, thậm chí là gây sốc cho đối phương. Được xe tăng PT-76 che chắn, các đợt tấn công đột phá của bộ binh Quân Giải phóng diễn ra hết sức nhanh chóng với thương vong thấp hơn hẳn. Trong trận đánh này, phần lớn lực lượng quân Hoa Kỳ và đồng minh đã bị tiêu diệt hoặc bắt sống. Chỉ có một số ít lính Mỹ kịp chạy thoát được tới Khe Sanh dưới sự yểm trợ của không quân[9].