Lực lượng của quân đội Pháp có: 8 tiểu đoàn và 41 đại đội, phân tán trên 144 cứ điểm, trong đó 40 cứ điểm có từ 1 đến 2 đại đội, còn thường là cứ điểm từ 1 đến 2 trung đội. Công sự ở một số vị trí then chốt đã được cải tiến, lô cốt, hầm ngầm xi-măng cốt sắt nhưng phần lớn vẫn bằng gỗ và bằng đất.
Vào đầu tháng 9 năm 1952, Bộ Chính trị quyết định mở chiến dịch Tây Bắc. Chủ trương của Trung ương Đảng là "Tránh chỗ mạnh, đánh chỗ yếu, tìm nơi sơ hở của địch mà đánh và hướng tiến công là Chiến dịch Tây Bắc. Mục đích: Tiêu diệt sinh lực địch, tranh thủ nhân dân, đánh bại ý đồ của thực dân Pháp lập "xứ Thái tự trị”, giải phóng một phần đất đai ở vùng Tây Bắc.
Lực lượng của quân đội ta tham gia chiến dịch gồm có: Các Đại đoàn 308, 312, 316, 351 và Trung đoàn 148. Đại đoàn 320 và 304 hoạt động ở vùng sau lưng thuộc Liên khu 3. Bộ Chính trị cử đồng chí Võ Nguyên Giáp làm Tư lệnh chiến dịch, đồng chí Hoàng Văn Thái là tham mưu trưởng, đồng chí Nguyễn Chí Thanh làm Chủ nhiệm Chính trị và đồng chí Trần Đăng Ninh làm Chủ nhiệm Cung cấp.
Bộ đội ta hành quân trong chiến dịch Tây Bắc, năm 1952.
Chiến dịch Tây Bắc được chuẩn bị chu đáo. Các đơn vị sẵn sàng xuất quân với một quyết tâm chiến đấu cao. Đêm ngày 10 tháng 10 năm 1952, bộ đội ta đã hành quân đến vị trí tập kết bí mật và an toàn.
Ngày 14 tháng 10 năm 1952, chiến dịch mở màn.
Đợt I (từ ngày 10-10-1952 đến 23-10-1952)
Quân đội ta tiến công phân khu Nghĩa Lộ và tiểu khu Phù Yên. Ngày 14 tháng 10 năm 1952, Trung đoàn 174 (Đại đoàn 316) tiêu diệt vị trí Ca Vịnh, Trung đoàn 141 (Đại đoàn 312) tiêu diệt vị trí Sài Lương trong khi đó Đại đoàn 308 tiến vào vây Nghĩa Lộ, sở chỉ huy phân khu. Ngày 17 tháng 10 năm 1952, Trung đoàn 102 (Đại đoàn 308) chiến lĩnh trận địa Pú Chạng, quân đội ta được lệnh nổ súng sớm trước khi trời tối.
Bộ đội xung kích đột phá khẩu đồn Pú Chạng trong chiến dịch Tây Bắc, năm 1952.
Mặc đạn pháo và bom cháy của quân Pháp, chỉ trong 10 phút quân đội ta đã vượt mở cửa đánh thọc sâu, lần lượt diệt hết các lô cốt, quân Pháp sống sót phải đầu hàng. Đêm 18 tháng 10 năm 1952, Trung đoàn 36 (Đại đoàn 308) tiêu diệt đồn Cửa Nhì, Trung đoàn 209 và 165 (Đại đoàn 312) nhanh chóng diệt các đồn lẻ trên dọc đường tiến quân. Tiểu đoàn 910 (Trung đoàn 148) từ Lào Cai tiến xuống giải phóng Quỳnh Nhai. Bộ đội địa phương đẩy mạnh hoạt động phối hợp với bộ đội chủ lực. Sau 13 ngày chiến đấu quân đội ta quét sạch quân Pháp ở khu vực giữa sông Thao và sông Đà, từ Vạn Yên lên tới Quỳnh Nhai.
Để đối phó với quân đội của ta. Quân Pháp phải tiếp viện thêm 9 tiểu đoàn cơ động xuống Tây Bắc, tổng số quân lính của Pháp lên tới 16 tiếu đoàn và 32 đại đội. Đồng thời, ngày 29 tháng 10 năm 1952, tướng Đờ Li-na-ret (Đe Linares) chỉ huy quân đội Pháp ở Bắc Bộ mở cuộc hành quân Lo-ren (Lorraine) trực tiếp đưa 3 binh đoàn cơ động lên Phú Thọ nhằm phá hoại hậu phương chiến dịch của quân đội ta, thu hút chủ lực của ta về, đỡ đòn cho Tây Bắc. Tại Phú Thọ Trung đoàn 246 và 176 (Đại đoàn 316) cùng bộ đội địa phương và dân quân du kích đánh ngăn chặn, quân Pháp đã bị tiêu hao. Ngày 9 tháng 11 năm 1952, Trung đoàn 36 (Đại đoàn 308) từ Tây Bắc quay về Phú Thọ chiến đấu, đã đánh phục kích trên đường số 2, tiêu diệt 400 quân Pháp, phá hủy 44 xe tăng và xe bọc thép. Giữ vững quyền chủ lực, Tổng quân ủy quyết định tập trung lực lượng tiếp tục cho đợt II của chiến dịch.
Đợt II (từ ngày 17-11-1952 đến ngày 23-11-1952).
Trong 3 ngày, 18, 19, 20 tháng 11 năm 1952, quân đội ta tiêu diệt một loạt cứ điểm Mường Lụm, Ba Lay, Mộc Châu. Các trận này nổi bật nhất là trận Mộc Châu, quân Pháp xây dựng đồn Mộc Châu trên ngọn núi đá hiểm trở, ở đây quân Pháp tăng cường phòng thủ đối phó, dù vậy chỉ sau 3 giờ chiến đấu Trung đoàn 174 (Đại đoàn 316) đã tiêu diệt hoàn toàn 3 đại đội lính Pháp, giải phóng hơn 1000 dân ta bị quân Pháp bắt giữ. Trong khi đó cánh quân vu hồi chiến dịch gồm Trung đoàn 165 (Đại đoàn 312) và tiểu đoàn 910 (Trung đoàn 148) và bộ đội địa phương Yên Bái, Lai Châu lần lượt đánh chiếm Lai Châu, Tuần Giáo, Thuận Châu, Sơn La, tiêu diệt 1.500 lính Pháp, thừa thắng tiến về Điện Biên Phủ.
Bộ đội ta truy kích quân Pháp trên đường 41 trong chiến dịch Tây Bắc, năm 1952.
Ngày 22 tháng 11 năm 1952, toàn bộ quân Pháp ở các vị trí tập trung về Nà Sản, để tránh khỏi bị tiêu diệt. Quân Pháp vội vàng xây dựng Nà Sản thành một tập đoàn cứ điểm lớn có 21 điểm tựa và 8 tiếu đoàn.
Đợt III (từ 24-11-1952 dến ngày 10-12-1952).
Quân đội ta tiến công Nà Sản, tiêu diệt 2 cứ điểm ngoại vi Pú Hồng và Bản Hời. Đêm 30 tháng 11 năm 1952 quân Pháp thả thêm 2 tiếu đoàn dù xuống Nà Sản để đối phó. Đến ngày 10 tháng 12 năm 1952, nhận thấy đánh Nà Sản không chắc thắng, quân ta chủ động kết thúc chiến dịch.
Tại mặt trận sau lưng của quân Pháp ở Liên khu 3, Đại đoàn 320 và 304 đánh vào quân Pháp ở Nam Định và Ninh Bình, cùng lực lượng vũ trang địa phương đã tiêu diệt hàng loạt đồn bốt của quân Pháp, các căn cứ du kích của quân đội ta được mở rộng thêm.
Chiến dịch Tây Bắc thắng lợi, quân Pháp bị tiêu diệt 13.800 quân lính ở cả 2 mặt trận Tây Bắc và đồng bằng, nhiều tiểu đoàn và các đại đội thuộc các binh đoàn cơ động của quân Pháp bị diệt gọn. nhiều tên chỉ huy phân khu, tiểu khu, đồn trưởng bị diệt hoặc bị bắt, các quân ngụy của địa phương là chỗ dựa cho Pháp để chiếm đóng bị tan rã.
Thị xã Lai Châu được giải phóng sau chiến dịch Tây Bắc, năm 1952.
Chiến thắng Tây Bắc có một ý nghĩa vô cùng quan trọng, đã giải phóng đồng bào Tây Bắc khỏi ách áp bức của Pháp, giải phóng một bộ phận đất đai rộng lớn, một vùng chiến lược quan trọng. Quân và dân ta đã tiêu diệt và chiếm lại các vị trí lớn nhỏ của Pháp ở Tây Bắc, tránh được sự uy hiếp của Pháp vào căn cứ đại Việt Bắc. Chiến thắng Tây Bắc còn có tác dụng phá được phần lớn âm mưu thâm độc lập "xứ Thái tự trị” của Pháp, nhằm chia rẽ người Thái và người Kinh, người Thái với các đồng bào dân tộc thiểu số khác.
(Theo Bảo tàng Lịch sử quốc gia)