Từ ngày 2 đến ngày 27 tháng 4 năm 1984, để hỗ trợ cho các lực lượng phiến quân tại Campuchia, Trung Quốc tiến hành đợt pháo kích lớn nhất nhằm vào khu vực biên giới Việt Nam kể từ sau năm 1979, với 60.000 quả đạn pháo bắn vào 16 huyện thuộc các tỉnh Lạng Sơn, Cao Bằng, Hà Tuyên và Hoàng Liên Sơn. Phối hợp với cuộc pháo kích này là hàng loạt đợt tấn công bộ binh ở cấp tiểu đoàn vào các vị trí của Việt Nam trong ngày 6 tháng 4. Cuộc tấn công lớn nhất diễn ra tại huyện Tràng Định, tỉnh Lạng Sơn, với nhiều tiểu đoàn quân Trung Quốc đánh vào các cao điểm 820 và 636 gần đường tiến quân năm 1979 tại Hữu Nghị Quan. Dù lực lượng hùng hậu, nhưng tới ngày hôm sau, các đợt tấn công của họ đều bị đánh lui hoặc phải bỏ các vị trí đã chiếm được.[10][24] Các tài liệu Trung Quốc sau này công bố rằng các đợt tấn công bộ binh này chủ yếu mang ý nghĩa nghi binh, và có quy mô nhỏ hơn nhiều so với mô tả của nguồn tin phương Tây.[25]

Tại Hà Tuyên, trong tháng 4 đến tháng 7 năm 1984, quân Trung Quốc đánh vào dải đồi thuộc huyện Vị Xuyên, mà Trung Quốc gọi là Lão Sơn (老山 hay Laoshan), gần cột mốc biên giới số 13. Lão Sơn thực ra là một dãy đồi chạy từ tây sang đông, từ ngọn đồi ở bình độ 1800 ở phía tây tới đồi bình độ 1200 ở phía đông. Ngọn đồi 1200 này phía Trung Quốc gọi là Đông Sơn (东山 hay Dongshan) hoặc với tên gọi khác là Giả Âm Sơn (者阴山 hay Zheyinshan), và đây cũng là ngọn đồi duy nhất nơi chiến sự xảy ra ở phía đông sông Lô. Tất cả các cuộc giao tranh khác tại Vị Xuyên đều diễn ra ở phía tây của sông Lô chảy vào Việt Nam.[26]

Trung Quốc mở màn cuộc tấn công lúc 5 giờ sáng ngày 28 tháng 4 năm 1984 sau một đợt pháo kích ác liệt. Sư đoàn 40 thuộc Quân đoàn 14 của Trung Quốc vượt biên giới theo bờ tây sông Lô, còn Sư đoàn 49 (có lẽ thuộc Quân đoàn 16 từ Quân khu Nam Kinh), tấn công và đánh chiếm Cao điểm 1200.[27] Lực lượng phòng ngự Việt Nam bao gồm bộ binh từ Sư đoàn 313 và khẩu đội pháo binh từ Lữ đoàn pháo binh 168 đành rút lui khỏi các ngọn đồi này.[28]

Quân Trung Quốc chiếm được ấp Na La và các cao điểm 226, 685 và 468,[29] tạo nên một vùng lồi kéo dài khoảng 2,5 km hướng về phía Việt Nam. Vị trí này được bảo vệ bởi vách đá dựng đứng có rừng bao phủ và dòng suối Thanh Thủy ở phía nam, chỉ có thể tiếp cận được bằng cách băng qua khoảng đất trống thung lũng sông Lô ở phía đông, và như vậy rất thuận lợi cho phòng ngự.[26][30] Tuy nhiên tại các nơi khác, chiến sự diễn ra giằng co từ ngày 28 tháng 4 cho tới 15 tháng 5, và các cao điểm 1509 (tức Núi Đất, Trung Quốc gọi là Lão Sơn[31]), 772, 233, 1200 (tức Giả Âm Sơn) và 1030 liên tục đổi chủ. Từ ngày 15 tháng 5, chiến sự tạm dừng sau khi phía Trung Quốc bước đầu kiểm soát được các ngọn đồi này; đến ngày 12 tháng 6 và sau đó là 12 tháng 7, giao tranh lại bùng lên khi quân Việt Nam tổ chức phản công tái chiếm các vị trí đã mất.[26] Sau đó chiến sự dừng hẳn, chỉ có các cuộc chạm trán hoặc đọ pháo lẻ tẻ.[26]

Theo tin tình báo Hoa Kỳ, Việt Nam không thành công trong nỗ lực tái chiếm 8 mỏm núi.[32] Kết quả, quân Trung Quốc chiếm được một số ngọn đồi thuộc dải đồi này, gồm 29 điểm trong lãnh thổ Việt Nam. Trong số các vị trí mà quân Trung Quốc chiếm được có các cao điểm 1509, 772 ở phía tây sông Lô và các cao điểm 1250 (Núi Bạc[31]), 1030 và đỉnh Si Cà Lá ở phía đông sông Lô. Chiến sự diễn ra dọc tuyến biên giới dài khoảng 11 km, và nơi quân Trung Quốc chiếm được sâu nhất trong lãnh thổ Việt Nam là các cao điểm 685 vầ 468, nằm cách biên giới khoảng 2 km.[10] Giao tranh kéo dài dai dẳng, nhưng không có nơi nào quân Trung Quốc tiến sâu được hơn vào lãnh thổ Việt Nam quá 5 km, dù quân đông hơn nhiều.[26] Hai bên vẫn tiếp tục giành giật các cao điểm này trong một loạt các đợt xung đột khác diễn ra cho đến sau năm 1986.[11]

Để phòng ngự các khu vực chiếm được, Trung Quốc duy trì hai quân đoàn tại khu vực Vị Xuyên, bao gồm bốn sư đoàn bộ binh, hai sư đoàn pháo binh và vài trung đoàn xe tăng. Sư đoàn pháo binh Trung Quốc bố trí tại khu vực này gồm pháo 130 mm và bích kích pháo (lựu pháo) 152 mm, cũng như hỏa tiễn 40 nòng. Các trung đoàn bộ binh có pháo 85 mm và súng cối loại 100-D. Trong một số trận đụng độ, Trung Quốc đưa cả xe tăng vào giao chiến.[33]

Theo công bố chính thức của Việt Nam vào tháng 6, họ đã tiêu diệt một trung đoàn và 8 tiểu đoàn quân Trung Quốc, "loại khỏi vòng chiến đấu" 5.500 quân Trung Quốc.[34] Tới tháng 8, Việt Nam tuyên bố nâng tổng số quân Trung Quốc bị loại ra khỏi vòng chiến đấu lên đến 7.500 quân trong vòng 4 tháng.[35] Đổi lại, Trung Quốc tuyên bố loại khỏi vòng chiến khoảng 2.000 quân Việt Nam, còn về phía mình Trung Quốc có 939 lính và 64 dân công chết trong vòng 5 tuần của chiến dịch tiến công Lão Sơn.[33] Cũng theo phía Trung Quốc, đã có thêm khoảng 1.080–3.000 quân Việt Nam tử trận sau trận đánh ngày 12 tháng 7.[36] Phía Việt Nam xác nhận trong ngày này, chỉ riêng Sư đoàn 356 của họ đã có gần 600 binh sĩ thiệt mạng.[37][38] Ngoài ra còn có 820 binh sĩ Việt Nam khác bị thương trong đợt xung đột này.[39]