Ngày 30/3/1972 hai Sư đoàn 304 và 308 với sự hỗ trợ của các trung đoàn xe tăng và pháo binh đã vượt qua khu phi quân sự tại giới tuyến 17 chia cắt 2 miền. Đồng thời từ phía Tây, Sư đoàn 324B với xe tăng hỗ trợ theo đường 9 từ Lào vượt qua Khe Sanh tiến vào thung lũng sông Thạch Hãn. Với sự hợp lực của quân ta đã gây bất ngờ cho quân phòng thủ của ngụy và đồng minh Mỹ. Quân ta tiến đánh vào các vị trí phòng thủ của sư đoàn 3 ngụy làm tan rã lực lượng địch.
Ngày 28 tháng 4 ta chiếm được Đông Hà và tiến đến sát thị xã Quảng Trị. Ngày 29/4, quân ngụy được lệnh rút về trấn thủ tại sông Mỹ Chánh.
Ngày 2/5, Thị xã Quảng Trị được giải phóng. Thắng lợi của chiến dịch Quảng Trị năm 1972 đã làm thay đổi cơ bản cục diện chiến trường
Để mất Quảng Trị, Mỹ – Nguỵ đã điên cuồng mở cuộc phản kích tái chiếm Quảng Trị với mật danh “Lam Sơn 72”. Trong đó mục tiêu số 1 là phải chiếm được Thành Cổ Quảng Trị. với sự hỗ trợ của hạm đội Mỹ, hàng loạt máy bay ném bom B52, một khối lượng bom đạn khổng lồ Thị xã Quảng Trị trong 81 ngày đêm từ 28/6 đến 16/9 được ví như một túi bom. Trung bình mỗi ngày địch huy động 150-170 lần chiếc máy bay phản lực, 70 – 90 lần chiếc B52 để ném bom huỷ diệt thị xã và Thành Cổ Quảng Trị. Với diện tích chưa đầy 3 cây số vuông, trong 81 ngày đêm thị xã và Thành Cổ Quảng Trị phải gánh chịu 328.000 tấn bom đạn, trung bình mỗi chiến sỹ của ta phải gánh chịu 100 tấn bom, 200 quả đạn pháo
Do hoả lực của địch quá mạnh, phòng tuyến vòng ngoài của ta bị vỡ dần. Từ đầu tháng 9 đã diễn ra cuộc chiến đấu vô cùng ác liệt trong lòng thị xã và Thành Cổ Quảng Trị. Ta và địch giành nhau từng căn nhà, góc phố, từng mảng tường Thành Cổ. Thời tiết lúc này không thuận lợi, áp thấp nhiệt đới liên tục xảy ra, nước sông Thạch Hãn dâng cao, cả thị xã chìm trong biển nước. Lợi dụng tình hình đó địch tăng cường bắn phá vào công sự của ta. Các chiến sỹ của ta vừa thay nhau tát nước chống ngập công sự, vừa chống trả địch, suốt ngày ngâm mình trong nước, ăn lương khô, uống nước lã nên sức khoẻ giảm sút, thương vong rất lớn có ngày trên 100 người.
Sự kiện địch không thực hiện được mục tiêu “cắm cờ” trên Thành Cổ trước ngày 13-7-1972, chúng bày ra trò quay phim, chụp ảnh, công bố đã chiếm lại được Thành Cổ Quảng Trị tại Hội nghị Pari. Ta quyết định rút ra khỏi Thành về án ngữ bờ Bắc sông Thạch Hãn, mặc dù cái giá phải trả cho sự kiện này khá đắt, lực lượng ta bị hao hụt thương vong khá nhiều.