Khai trận lúc 6 giờ 15 sáng 18 tháng 8 năm 1965, không quân của TQLC Mỹ cho xuất kích 20 lần chiếc F-4 và A-4, ném 18 tấn bom sát thương, bom napalm xuống Vạn Tường và các địa điểm lân cận. Các pháo hạm trên biển bắn phá dọn bãi cho Tiểu đoàn 2/4 TQLC đổ bộ bằng máy bay trực thăng và Tiểu đoàn 3/3 TQLC đổ bộ bằng tàu LCU. 6 giờ 30, 2 đại đội thuộc Tiểu đoàn 3/3 TQLC có 5 xe tăng M-48, 3 xe tăng phun lửa M-67 dùng tàu LCU đổ bộ lên An Cường (mật danh Green Beach - Vịnh Lục), hình thành vòng vây phía Nam; đánh chiếm thôn An Cường 1 và tiến quân về phía Tây.

Lúc 6 giờ 45, C1/D4 TQLC đổ bộ bằng máy bay trực thăng xuống thôn Bình Phước (trên bản đồ là Bãi Đỏ - LZ Red), C2, C3/D4 TQLC đổ bộ xuống thôn Bình Long (trên bản đồ là Bãi Trắng - LZ White), C4/D4 +C4/D3 TQLC đổ bộ xuống thôn Bình Thạnh Tây (Bãi Xanh - LZ Blue), hình thành cánh quân bao vây phía Tây. Từ Chu Lai, C1 và C2/D3 TQLC có 8 xe tăng M41 và 18 xe bọc thép M113 đột kích theo đường bộ vượt sông Trà Bồng đánh xuống, hình thành cánh quân bao vây phía Bắc. Ý đồ của Bộ chỉ huy Mỹ là dồn lực lượng QGP ra biển, buộc họ phải giao chiến trên địa bàn trống trải. Ở đó, không quân, pháo binh và xe tăng - thiết giáp Mỹ có thể phát huy hết khả năng tác chiến.

Ở phía Tây Nam Vạn Tường, cánh quân của D3 + C7/D4 TQLC Mỹ tiến đến Lạc Sơn đã phải dừng lại vì D40/E1 và Đại đội trinh sát thuộc E1 QGP phòng ngự, chốt chặn tại điểm cao BANANA (Cao điểm 30 thuộc thôn An Cường 2). D3/E3 TQLC phải đưa thêm 1 đại đội vào tham chiến, tổ chức nhiều đợt ném bom, bắn phá mới vượt qua chốt của QGP, đến trưa 18/8 mới chiếm được thôn An Cường 2 và hội quân với C4/D3 sau khi đã bị tổn thất khoảng 1 trung đội (5 chết, 17 bị thương).

Sau khi cho trực thăng và pháo binh bắn phá dọn bãi, quân Mỹ tổ chức một đoàn gồm 5 xe thiết giáp chở quân loại LVT và 3 tăng phun lửa M-67 tiến quân theo đội hình hàng dọc từ An Cường đi theo con đường mòn giữa An Thái và Nam Yên tấn công D40 và D60/E1 QGP. Lợi dụng địa hình kín đáo, các đơn vị thuộc Tiểu đoàn 40 và Tiểu đoàn 60 chờ cho đoàn xe TQLC Mỹ đến cách 50m mới nổ súng. Bằng súng không giật, súng chống tăng B40 và lựu đạn phóng AT, QGP đã bắn cháy 4 chiếc đi đầu ngay trong loạt đạn đầu. Những chiếc còn lại hoảng loạn bỏ chạy, sa xuống ruộng lầy. Tiểu đội trưởng Hồ Công Thám chỉ huy tiểu đội của mình dùng lựu đạn AT và lựu đạn diệt tiếp 3 xe.

Do không xác định dược vị trí đóng quân của QGP, hai đại đội thuộc D3/E3 TQLC Mỹ đã đổ bộ xuống ngay trước trận địa của D60/E2 QGP và bị tập kích ngay từ lúc máy bay trực thăng còn ở trên không. 4 máy bay trực thăng H-34 bị bắn rơi. TQLC Mỹ phải gọi trực thăng vũ trang HU-1A đến chi viện và chiếm được Cao điểm 43 sau khi đã bị tổn thất hơn 150 quân. Chiều 18/8/1965, D45/E2 BB QGP nằm ngoài vòng vây từ Châu Bình mở một mũi đột kích đánh vào sau lưng cánh quân đổ bộ đường biển của TQLC Mỹ. Bị đánh bất ngờ từ sau lưng D3/E3 và D2/E4 TQLC Mỹ phải xoay chính diện về hướng Tây Nam để chống lại các mũi tập kích của D45/E1 QGP. Do đó cánh quân này đã bị hở sườn phía Bắc, bị D40/E1 QGP phản kích và buộc phải lùi về co cụm tại Bình Hòa với sự yểm họ của các xe tăng và trực thăng vũ trang.

Phối hợp với chiến trường chính, chiều 18/8/1965, Đại đội 21 bộ đội địa phương tỉnh Quảng Ngãi mở mũi đột kích sâu từ Tây Hy, qua Thượng Hòa xuống Lệ Thủy, phối hợp với du kích các xã Đồng Lễ và Bình Trị đánh vào sau lưng cánh quân của trung đoàn 7 TQLC Mỹ, buộc cánh quân này phải tập trung đối phó, không chi viện được cho cánh quân của tiểu đoàn 3,4 TQLC Mỹ. Trong khi dùng hỏa lực yểm hộ cho trung đoàn 7 TQLC Mỹ, có thêm 3 máy bay trực thăng HU-1A bị bắn rơi tại thôn Lệ Thủy.

Lợi dụng vòng vây bị đứt đoạn giữa cánh Bắc và cánh Nam của TQLC Mỹ, đêm 18 rạng ngày 19/8/1965. Trung đoàn Ba Gia đã rút được phần lớn sở chỉ huy nhẹ và tiểu đoàn 40 ra khỏi vòng vây. Riêng đại đội trinh sát phòng ngự độc lập tại Cao điểm 45 núi Đầm Tái, thôn Vạn Tường bị tổn thất hầu hết quân số.

Từ ngày 19/8 đến ngày 24/8, TQLC Mỹ càn quét khu vực Vạn Tường và các xã lân cận nhưng chỉ bắt được một số ít thương binh QGP chưa kịp rút ra và nhiều thường dân (Bộ chỉ huy Mỹ tính cả số dân thường này vào số tù binh bắt được?!)