Trong lúc Bộ tư lệnh Quân đoàn 3 QLVNCH đang lo chống đỡ trên hướng Tây Ninh thì rạng sáng ngày 5 tháng 4, Sư đoàn 5 cùng Tiểu đoàn 1 tăng thiết giáp với sự yểm hộ của Trung đoàn 75 pháo binh đồng loạt tấn công cụm cứ điểm Lộc Ninh từ 3 hướng. Mở đầu trận đánh, năm trận địa pháo binh chiến dịch gồm súng cối 160, 120 ly, pháo 105 và 122 ly và các loại hỏa tiễn, ĐKB, H12 đồng loạt bắn phá Sở Chỉ huy Chiến đoàn 9 QLVNCH, chi khu quân sự Lộc Ninh, sân bay và các trận địa pháo. Cùng lục, Bộ tư lệnh Sư đoàn 5 QGP do Sư đoàn trưởng Bùi Thanh Vân và Chính ủy Nguyễn Văn Cúc chỉ huy ra lệnh cho Trung đoàn 174 và Trung đoàn 3 trên hướng chủ yếu dùng hỏa lực ĐKZ 75, cối 82 ly bắn phá quyết liệt các lô cốt, tháp canh có bố trí hỏa lực trên hai hướng tây bắc và tây nam Chiến đoàn 9 QLVNCH, yểm trợ cho bộ binh thực hành mở cửa.

Trên hướng chủ yếu của Trung đoàn 174, hai Tiểu đoàn 5 và 6 được hỏa lực chiến thuật chi viện, ồ ạt vượt qua các cửa mở đánh bóc từng mục tiêu vòng ngoài. Hướng Trung đoàn 3, hai Tiểu đoàn 7 và 8 bất chấp pháo bắn chặn, nhanh chóng phát triển đội hình tiến công áp sát phía đông sân bay. Lúc này, hỏa lực pháo binh chiến dịch được lệnh đã bắn chế áp hỏa lực địch, hỗ trợ cho bộ binh phát triển vào bên trong. Tiểu đoàn 28 đặc công QGP cũng đã nổ súng đánh Sở Chỉ huy Trung đoàn 1 thiết giáp QLVNCH, chi khu cảnh sát, làm cho toàn bộ quân VNCH ở Lộc Ninh bắt đầu lúng túng, không thể hỗ trợ cho nhau.

Cùng giờ G, Sư đoàn 9 điều các Trung đoàn E1, E2 của mình cắt đứt đường 13 ở đoạn Lộc Hưng và Thanh Lương, chiếm cầu Cần Lê, cô lập hoàn toàn cụm cứ điểm Lộc Ninh. Lực lượng QLVNCH của hai tiểu đoàn bộ binh thuộc Sư đoàn 5, Tiểu đoàn 53 biệt động quân, và Thiết đoàn 1 từ phía Bắc (căn cứ Hoa Lư - điểm cao 222) gồm 20 xe tăng-xe thiết giáp lùi về giữ Lộc Ninh nhưng bị lọt vào trận địa phục kích của E3, F5 và bị thiệt hại nặng.[3] Đến 17 giờ chiều, sau nhiều lần tài chính phản kích để vượt qua ngã ba Lộc Tấn không thành, chi đoàn xe thiết giáp của VNCH buộc phải lùi về làng 9, bỏ lại xác 14 xe M-41, M-113 và hàng chục xác lính.

Ngày 6 tháng 4, lực lượng QLVNCH với Thiết đoàn 9, Trung đoàn 1 thuộc Sư đoàn 5 tấn công dọc đường 13 để giải cứu Lộc Ninh nhưng bị các đơn vị thuộc Trung đoàn 2 của Sư đoàn 9 QGP chặn lại ở cầu Cần Lê, ấp 5 và ấp 3. Sau hai ngày đột phá không thành công, bị bắn cháy bắn hỏng 18 xe tăng, 31 xe M-113 và 8 máy bay trực thăng UH-1, cụm quân giải cứu Lộc Ninh phải rút về An Lộc.

Ngày 8 tháng 4, Trung đoàn 52 QLVNCH rút lui khỏi Lộc Ninh nhưng họ bị các đơn vị của F7 truy đuổi đến tận cửa ngõ An Lộc. Cụm cứ điểm Lộc Ninh thất thủ, tuyến phòng thủ vòng ngoài của QLVNCH bị phá vỡ. Đối với Bộ tư lệnh Chiến dịch Nguyễn Huệ, giai đoạn 1 của chiến dịch đã hoàn thành, tiếp theo là cụm cứ điểm phòng ngự An Lộc - Bến Cát, mục tiêu chủ yếu của giai đoạn 2.