Giai đoạn 1: Thu thập tin tức tình báo

Tháng 5 năm 1970, Trại tù Sơn Tây đã được Nhóm Tình báo đặc nhiệm tù binh Hoa Kỳ xác định được vị trí. Nhóm Tình báo đặc nhiệm này được thành lập năm 1967 với nhiệm vụ là theo dõi các tù binh Mỹ bị miền Bắc Việt Nam giam giữ, xác định địa điểm tù binh bị giam giữ ở các trại giam giữ (xác định vị trí các trại giam giữ tù binh Mỹ); nhằm mục đích thông báo cho Không quân Mỹ tránh rải bom vào các vị trí giam giữ tù binh Mỹ ở miền Bắc Việt Nam. Theo tin thu thập được của CIA lúc bấy giờ, trại Sơn Tây giam giữ khoảng 55 tù binh là phi công Mỹ.

Sau khi xác định được vị trí của trại giam tù binh Sơn Tây, Không quân Mỹ tiến hành nhiều chuyến bay thám sát, chụp ảnh thám không của trại giam giữ tù binh Sơn Tây và xung quanh. Nhóm Tình báo đặc nhiệm tù binh Hoa Kỳ cũng phát hiện cách trại Sơn Tây 32 km có một căn cứ không quân (sân bay Đa Phúc). Như vậy cuộc tập kích giải cứu tù binh Mỹ phải được tiến hành chớp nhoáng để tránh sự viện binh mau lẹ từ căn cứ không quân này.

Một điều rất quan trọng mà lực lượng tình báo Mỹ không thu thập được, là trước đó (khoảng 1 tháng trước khi Mỹ tập kích vào đêm ngày 20 tháng 11 năm 1970), toàn bộ số tù binh phi công Mỹ bị giam giữ tại đây đã được di chuyển đến một địa điểm bí mật khác, cho dù không quân và các nhóm tình báo Mỹ bằng nhiều phương tiện nghiệp vụ mà không nắm được tin tức rất quan trọng này.

Giai đoạn 2: Tuyển mộ và huấn luyện

Giai đoạn này, Lục quân Mỹ tuyển dụng các binh lính tình nguyện và huấn luyện cho họ. Trong khi đó bộ phận tình báo kết hợp cùng Không lực Mỹ tiếp tục thu thập tin tức, chụp ảnh vùng Sơn Tây và lân cận.

Giai đoạn 3: Hành động

Chiến dịch này đã được CIA nghiên cứu rất kỹ, Từ việc tính đường kính cây trong sân trại giam, đến việc hy sinh chiếc trực thăng để dùng cánh quạt trực thăng dọn bãi cho những chiêc khác hạ cánh, từ việc tính toán nhiên liệu của chiếc trực thăng làm sao khi đến nơi phải hết nhiên liệu để không gây cháy, đến việc chia người của chiếc bị nạn này lên những chiếc khác, nhiệm vụ điểm danh trước khi cất cánh... đều nằm trong chương trình, và kế hoạch này cũng không chấp nhận việc bắt tù binh để tiết kiệm tối đa thời gian [cần dẫn nguồn].

Lệnh thi hành được phê chuẩn và ban bố vào ngày 18 tháng 11 năm 1970. Nhóm binh lính thuộc đội đặc nhiệm sau thời gian huấn luyện, đêm ngày 18 tháng 11 năm 1970 được đưa lên máy bay vận tải C-141. Các binh lính này không mặc quân phục và cũng không đeo phù hiệu của bất kỳ đơn vị nào của Quân lực Mỹ; Nhóm đặc nhiệm được tập kết tại Sân bay quân sự Thakhi, Thái Lan.

Đêm ngày 20 tháng 11 năm 1970, nhiều máy bay chiến đấu của Mỹ xâm phạm vùng trời miền bắc Việt Nam. Một số tốp thả pháo sáng ở Hải Phòng để đánh lạc hướng lực lượng phòng không miền bắc, tạo điều kiện cho quân tập kích Mỹ thâm nhập vào hoạt động.

Lúc 23 giờ ngày 20 tháng 11 năm 1970, năm máy bay lên thẳng chở quân tập kích rời sân bay Udon, Thái Lan bay vào miền bắc Việt Nam, có nhiều máy bay dẫn đường, tiếp dầu, hộ tống. 103 biệt kích Mỹ được 3 chiếc trực thăng cỡ lớn HH-53 chở đến mục tiêu. Cùng đi với 3 trực thăng này còn có 1 chiếc C-130 dẫn đường cùng 2 chiếc C-141 dự kiến sẽ chở tù binh từ Sơn Tây về. Nhưng đây cũng chỉ là một nhóm trong hơn 100 chiếc máy bay đủ loại: trực thăng, C-130, A1, F-105… được cất cánh từ 5 căn cứ không quân từ Thái Lan, 3 tàu sân bay tại vịnh Bắc bộ mà Lầu Năm Góc đã huy động tham gia chiến dịch này.

Khi đến vùng trời Sơn Tây thì đã quá 2 giờ sáng ngày 21/11. Chiếc HH-53 số 3 tách khỏi biên đội, bay vòng sang bên trái, Đội A-1 cũng lượn vòng trên vị trí đợi lệnh. Lúc này, chiếc C-130 thả pháo sáng, chiếc HH-53 số 1 lao xuống, nhằm thẳng vào chòi canh của trại tù vừa xuất hiện trong tầm mắt và dội xuống đó một trận hỏa lực khủng khiếp, rồi bay sang vị trí đợi lệnh.

Vào 2 giờ ngày 21 tháng 11 năm 1970, các máy bay đáp xuống và đổ quân ở khu vực tập kích, trong đó một chiếc hạ ngay xuống sân trại giam. Nhóm đặc nhiệm Mỹ đã dùng loa kêu gọi tù binh phá trại giam, đánh phá một số mục tiêu, cắt thông tin liên lạc hòng ngăn chặn lực lượng chi viện của đối phương.

Chiếc trực thăng biệt danh "Quả táo số Một" thuộc nhóm chi viện đã đổ bộ nhầm xuống Trường Đảng của tỉnh Sơn Tây (cách trại tù 400m về phía Nam), trước khi rút ra ngoài, lính biệt kích Mỹ đã xả súng bắn chết 5 cán bộ an dưỡng khi họ đang ngủ và đốt phá cơ sở. Trên đường tiến quân tới mục tiêu, toán lính trên chiếc trực thăng này còn đạp cửa xông vào một trong ba ngôi nhà dân có thắp điện sáng. Một người mẹ và ba trẻ nhỏ đang ngủ thì nghe tiếng súng, vội chui xuống gầm giường. Một lính Mỹ soi đèn pin và phát hiện ra họ. Lính Mỹ bắn trọn một băng tiểu liên vào người phụ nữ và 3 đứa trẻ: Bà Nguyễn Thị An (48 tuổi) và cháu gái Lê Thu Hương (12 tuổi) chết ngay tại chỗ; cháu gái Lê Thu Nga (15 tuổi) và cháu trai Lê Việt Tuấn (9 tuổi) bị thương rất nặng bởi trúng nhiều vết đạn. [1]

Cùng lúc đó ở trại Sơn Tây, sĩ quan Dick Meadows đã chỉ huy toán lính phá khóa, đột nhập vào từng buồng giam. Hầu hết các phòng đều trống không. Nhưng trong một căn buồng nhỏ, toán biệt kích thấy 6 người đàn ông không có vũ trang đang cởi trần ngủ, đây là nhóm gác trông coi trại giam sau khi tù binh đã chuyển đi nơi khác. Lính Mỹ xả súng giết cả sáu người.