廣州軍區還擔任著抗美援越戰爭的主要戰場支持任務，扮演了戰區後勤大本營角色。在入越作戰部隊的調動開進方麵，在作戰物資和援越物資組織、調運、轉運方麵，在北部灣越南港口的排雷及航道開辟方麵，在戰場的後方支援方麵，廣州軍區發揮著無可替代的作用。除本軍區抽調組織的一批又一批入越部隊外，從全國抽調的部隊，主要經廣州軍區屬地進入越南；除本區組織的物資外，全國運往越南的援助物資和入越部隊的保證物資，大部分也從軍區屬地經過或轉運；軍區還在廣西、湖南新建多個倉庫、油庫、噐材庫，以滿足前線作戰需要。文化大革命中一度曾出現全麵武鬥混亂不已的局麵，湖南與廣西還是武鬥最凶猛的地區之一。武裝起來的造反派，不斷衝擊軍用倉庫，搶奪援越裝備物資，搶截開往越南的軍用列車。既便在這種國家權力幾近癱瘓的困難中，廣州軍區機關和部隊頂住了造反派的嚴重幹擾衝擊，都在盡最大努力，甚至冒著生命危險，保證著越南前線的作戰需要，和援越物資運輸通道的暢通無阻。
據現在解密的資料反映，中國軍隊是根據中越兩軍協議，和１９６５年７月１４日越南人民軍總參謀部的請求，赴越協助作戰的。援越高射炮兵部隊首批於１９６５年８月１日入越。第一批高炮２個師（第６１、第６３支隊），分別從雲南、廣西開赴北越作戰，至１９６６年２月回國；第二批於１９６６年２月入越作戰，至１９６６年ｌ０月回國；第三批於１９６６年ｌ０月入越作戰，至１９６７年６月回國；第四批於１９６７年１月入越作戰，至１９６７年８月回國；第五批於１９６７年５月入越作戰，至１９６８年１月回國；第六批於１９６７年６月入越作戰，至ｌ９６８年１月回國；第七批於１９６７年８月入越作戰，至１９６８年３月回國；第八批於１９６８年１月入越作戰，至１９６９年２月回國；第九批於１９６８年３月入越作戰，至１９６９年２月回國。至１９６９年４月止，高炮部隊入越輪換作戰，共計９個批次，兵力總計１５萬餘人。在越南北方，主要擔負著河內至友誼關鐵路線北寧至諒山段、河內至老銜鐵路線安沛至老街段、新建的克夫至太原鐵路線，以及太原鋼鐵基地的防空作戰任務，並掩護中國援越工程部隊的施工。中國入越的工程部隊共計７個支隊（師）及各種保障部隊，施工項目不僅包括重要的軍事工程，還有大量的國家級基本建設項目。中國軍隊入越總兵力達３２萬餘人。同時，中國海軍也出動了相當兵力裝備，掃雷及疏通越南北方重要港口及航道。而空軍也嚴防死守著中國領空，對越境入侵的美國軍用戰鬥、偵察飛機進行打擊，並高壓威懾北部灣和中南半島上猖狂的美國海、空軍。從這些數據可以看出，廣州軍區的作戰責任和相關工作量有多麼巨大。
可以這樣說，那個時期，越南北方幾乎所有的鐵路、橋梁、海防、機場、野戰工事，都有中國軍隊的工程部隊在施工搶修搶建；幾乎所有的重要保衛目標，都有中國高炮部隊在防空作戰；中國還無償支援了大量的作戰物資。中國是在舉全國之力，開展著抗美援越鬥爭。越南南、北方戰場的對麵是美國，它的背後就是廣州軍區和昆明軍區，兩個軍區背後是整個中國，展開了二十世紀六十年代震驚整個世界的一場戰爭。這也是中國人民又一次挫敗美國在亞洲的軍事戰略企圖的曆史性勝利。由於地理條件，從廣西邊境向南進入越南北方，前進幾十公裏，就可直接進入越南北方平坦的湄公河平原腹地，加上北越狹長海岸線都麵對廣州軍區管轄海域，所以與昆明軍區相比，廣州軍區在抗美援越戰爭中，承擔了大部分的任務與責任。黃永勝自始至終認真貫徹執行中共中央和中央軍委關於抗美援越工作的每一項指示，率領軍區有關部門和部隊，出色地完成了所有任務，為當時我國的國際戰略實施和外交路線的堅持、發展，作出了出色貢獻。