17日，東線的解放軍在炮擊過后迅速進入越南境內，分三路進入越南。其中南、北兩路對越南北部重鎮高平實施鉗擊。部隊進入越南后，遭到了越軍的瘋狂阻擊。十多年沒有打仗的解放軍面對剛剛經歷過戰爭洗禮的越軍，進攻速度并不神速。
北路第41集團軍繞過越軍346師的正面防御，向班莊、扣屯進攻。負責向南穿插的第42集團軍以126機步師為主力，組成穿插部隊，向越南高平省石安縣縣城東溪穿插。以新型69式主戰坦克和搭載步兵的裝甲車組成的快速穿插部隊迅速進攻，順利攻克了東溪這個西北直通高平，東南可到諒山的戰略要地。
到17日下午，我軍在東溪構建起環形防御陣地，切斷了高平越軍南逃的道路，越軍346師完全被圍。為了阻擋解放軍的進攻，越軍炸毀了一個水庫，以水障阻擋解放軍的攻擊。經過工程部隊的架橋搶修，北路我軍得以通過水障。
2月24日，解放軍在東、西、南三個方向對高平發起攻擊，經過7個小時激戰，25日凌晨占領高平，但只消滅了越軍地方部隊，越軍346師下落不明，指揮部人員認為它絕不可能南逃，因此果斷命令前線部隊仔細搜查。隨后，攻克高平的中國軍隊對高平地區進行了清剿，遭遇越軍346師撤出高平城的主力，經過一番激烈交火，徹底殲滅了越軍346師。
2月27日清晨，諒山戰役開始。東集團軍首先進行10分鐘的火力急襲，然后兵分三路，以164山地師487旅猛攻扣馬山，488旅進攻417高地；164山地師491旅直取巴外山。當時整個諒山周圍大霧彌漫，天上又下著細雨，能見度很差。我軍在坦克引導下發起沖鋒，步兵跟著坦克逐次躍進，不斷向縱深插入。
越軍集中“冰雹”火箭彈和高射機槍進行火力打擊，關鍵時刻，我軍炮兵進行了縱深炮擊，以密集彈著點開辟進攻道路，同時發射大量燃燒彈，為茫茫雨霧中的坦克指示攻擊目標。進攻部隊也改變了打法，將密集隊形組成不同梯隊，以營為單位，采用班、排疏散隊形，交替掩護，多路攻擊。
炮兵觀察所緊隨步兵前進，隨時為炮兵提供射擊坐標，呼喚炮火支援。步兵每攻下一個制高點，便發射信號彈，炮兵部隊則立即進行向上200米火力突擊，將越軍的下一個火力點置于火網之下。
然后，步兵再發起沖擊。這樣，我軍像梳頭一樣密集推進，拔點攻擊，一個個打掉了越軍的火力點。激戰至2月28日，諒山外圍防御要點基本被全部掃清。我軍隊從東、北、西三面直諒山市區。越軍統帥部舉棋不定，既沒有使用預備隊增援諒山守軍，也沒有下令三師撤退。
越軍遲遲沒有調動預備隊進行反攻，僅靠諒山孤城的守軍是無論如何擋不住我軍進攻腳步了。然而諒山又太重要了，失了諒山，越南首都河內就將直接面臨兵鋒之下。因此，“金星3師”只有負隅頑抗孤注一擲，在此作最后一搏，實現其豪言壯語與諒山共存亡了。
攻打諒山之前，許世友將軍指示軍區司令部：告訴東集團再接再厲，堅決奪取諒山市。將軍特別指出，諒山是越南首都河內的北大門，非常重要，是要塞性質，工事堅固，又有山洞。要先用炮火突然猛烈地轟擊市區，把軍事建筑徹底摧毀，打出國威，打出軍威。將軍決定打諒山依然用打同登的辦法，集中猛烈炮火摧毀敵人的各種設施，大量殺傷敵人的有生力量，而后再用坦克、步兵突擊。
3月1日上午9時30分，許世友將軍一聲令下，東集團集中41、42集團軍高炮旅和炮兵旅合計二十多個營的600余門火炮猛烈轟擊諒山，急襲30分鐘發射炮彈6萬余發。地動山搖，房倒樓塌！諒山市頃刻間變成一片火海。剛剛蓋起的越軍營房頓時化為平地、城內堅固的軍事目標被摧毀、彈藥倉庫連續暴炸，變電所、郵電大樓、公安廳等建筑被打得千瘡百孔，整個供電系統被摧毀，聯系河內的通訊中斷。
號稱王牌的越三師用無線電明話向河內呼叫：“敵人從上午8時30分（河內時間比北京時間早一個小時）開始炮擊，火力非常厲害，簡直不可想象，炮聲隆隆，從未見過這樣猛烈的炮火，炮彈一直不停地轟，數不清有多少發，所有的道路都被他們封鎖了，我們簡直無法抵擋，要撤退只有爬山。”
隨著最后一發炮彈的落到涼山市區，41集團軍直屬導彈旅在我偵查衛星和無人偵察機的幫助下開始對敵隱藏火力進行“手術刀式打擊”，頓時巡航導彈和各種特種炸彈又降落到越軍陣地上，這時游弋在北部灣的南海艦隊的導彈巡洋艦也向東線部隊提供了火力支持。
火力打擊之后，41集團軍121裝甲師、164山地師在航空旅掩護下向涼山市發起攻擊。164師和121師很快就突破諒山市區。其中，164師491旅3營直撲諒山省府大樓。
城南高地上的越軍以密集火力封鎖了路口，炮彈爆炸聲震耳欲聾。八連七班長謝中清帶領全班，在越軍火網中靈活躍進，僅用5分鐘就沖入了省府大樓。諒山市省府大樓的辦公室里硝煙彌漫，火光熊熊，一片狼藉，省府官員們南逃時丟下的大印摔在屋角，文件、紙張隨風亂飄……緊接著，491旅又攻占了諒山市公安局、國際旅行社、奇窮河大橋……諒山市北區已在我軍牢固控制之。
諒山市分為南北兩片，奇窮河以北是新市區，以南是老市區，我軍攻克諒山市北區，占領了省府大樓。越南政府肉爛嘴不爛，此時卻通過宣傳工具向全世界宣布：“中國軍隊沒有占領諒山市！”
“諒山市堅不可摧！”
前線指揮員許世友將軍聽到這個消息后，勃然大怒親自下達作戰命令：“拂曉攻擊開始后，諒山一間房子也不能留”。清晨，許世友將軍早早地來到指揮部，他首先詢問了炮兵的準備情況，詢問了越軍前線的變化，縱深內敵人的動向，有沒有反擊的征兆；越軍的預備隊是不是移動了位置等等情況。
當他得知越軍沒有什么新動向，仍然處于防御狀態，似乎在等待時來運轉的奇跡出現。他指示說，要對諒山南市區、奇窮河南岸的越軍各個要點、兵營、越軍的指揮所進行炮擊！
并憤怒地說：狠狠地打那些狗日的，看老子能不能打下諒山！
6時15分，許世友將軍一聲令下，東線集團攻打諒山南區的戰斗開始了。集團軍炮兵展開了對越自衛還擊戰中最猛烈地炮火急襲。一群群炮彈帶著中國人民的憤怒，帶著對侵略者的仇恨，帶著對忘恩負義者的懲罰，帶著對地區小霸的教訓，飛過奇窮河上陰云密布的天空，準確落在越軍的陣地上，兵營中……炮聲隆隆，火光閃閃，硝煙滾滾。
趁夜暗推進到北岸的坦克部隊、直瞄火炮直接瞄準南岸的火力點、射擊目標進行精確打擊。7點正，早已進入攻擊出發陣地的突擊部隊，組成七支突擊隊趁炮火襲擊的效果，冒著彌漫天地的濃霧，從奇窮河大橋和各個渡河點乘沖鋒舟、橡皮舟搶渡奇窮河，直插諒山南市區。六連從橋下水面渡河順利。
七點四十分，四連攻占南市區越軍營房，六連攻占療養院、五連攻占火車站。三營緊隨其后，通過大橋時，遭飛機場、文廟高地、428高地、391高地越軍的高射炮、高射機槍和縱深炮火的火力封鎖。師炮群和旅直瞄火炮對上述地點進行火力壓制，掩護三營快速通過大橋，超越二營的戰斗隊形對391、428高地發起沖擊。
九時十五分，九連在七連的配合下，攻占了391高地，斃敵71名。八連在七連配合下，以一部分兵力正面牽制，主力從東西兩側迂回，于十時二十五分，拿下428高地，殲敵48名，緊接著六連攻占了文廟高地，斃敵23名。余敵向伯蒙方向逃竄。
中午剛過，七連和八連配合攻占了465高地；下午四點過，六連拿下了伯蒙，四連攻占了弄剛及附近要點。我軍攻進越軍的陣地，越軍的炮管還炙熱燙手，壓進炮膛的炮彈有的還沒有打出去。
在一個高炮陣地上，堆放的彈藥竟有五車之多。南市區主要陣地被我軍攻克，整個諒山的防御就全線崩潰，土崩瓦解。
整個諒山之戰，我軍戰績輝煌，不可一世的越軍王牌第三師主力基本被殲。我軍攻占迷邁山，標志著我軍攻克了包括諒山北市區、南市區以及諒山市以南五公里的地方。
雄踞迷邁山已可劍指河內，再向南已是一馬平川，無險可守了。若祖國需要一聲令下我軍練兵河內、飲馬紅河也只是彈指可待的事情。
河內統治者這次已是噤若寒蟬，再不高喊“諒山市堅不可摧”了。黎筍集團驚恐萬狀，急令第一軍區前指后撤，而這個指揮所早就逃跑了；同時發布總動員令，開始在河內市區要道挖掘工事，準備進行城市防御作戰，并通知各國外交代表團，準備適當時機向城外安全地帶轉移。