早在戰役發起之前，毛澤東即向陳賡明確指出過高平之敵棄城南撤的可能性。所以，敵人的行動，並沒有出乎陳賡的意料之外。相反，通過高平之敵的行動，陳賡進一步準確地判明了七溪之敵是為接應高平之敵南撤而北上這一真實意圖。敵軍脫離了重兵設防的堅城，正是越軍揚長避短，在野戰中大量殲滅敵人的有利時機。陳賡力促越軍前指把握住這一絕妙戰機，投入全部主力部隊，首先殲滅勒巴兵團，然後消滅沙格東兵團，奪取邊界戰役的全麵勝利。
10月3日晚，越軍部隊開始向勒巴兵團展開攻擊。激戰一夜，法軍傷亡400餘人。勒巴感到大勢不妙，便命令剩餘人員丟棄重裝備，全力向西突圍。
此時已是拂曉時分，越軍部隊經徹夜戰鬥，有些疲勞，加之疏於警戒，未能組織有效的攔截，使勒巴兵團得以突出包圍圈，逃進了東溪西南7公裏處的穀社山地。
陳賡為失去一次殲敵良機而惋惜，然而木已成舟，隻能盡力采取補救措施。他判斷，勒巴兵團即為接應高平之敵南撤而來，不會就此退回七溪，一定要在穀社山地憑險固守，等待與高平之敵會合。這樣，越軍聚殲勒巴兵團的戰機依然存在。
越軍前指同意陳賡的分析，訓令第308師等部隊迅速向西追擊，同時令有關地方部隊和遊擊武裝全力遲滯高平之敵南下。
10月5日，越軍第308師、第209團等部隊在穀社山地將勒巴兵團再次予以包圍，並隨即發起攻擊，占領了外圍製高點，將勒巴兵團壓至幾座孤立的石山之上。
穀社山地，地勢險峻，溶洞眾多，便於防守。勒巴兵團憑借溶洞、岩石等險要地物拚死頑抗。越軍幾次攻擊均未奏效，傷亡較大。戰鬥陷入了僵持狀態。法軍總指揮部得知勒巴兵團再次被圍的消息後，緊急采取了救援措施。令高平南撤的沙格東兵團輕裝前進，迅速向勒巴兵團靠攏；令七溪部隊組成那本兵團，在那本上校指揮下，再次北援。其作戰意圖是：以勒巴兵團固守穀社山地，以沙格東、那本兩個兵團南北對進，構成對越軍的反包圍，內外夾擊，打破越軍包圍圈，先使勒巴、沙格東兩個兵團會合，然後在那本兵團接應下合兵南撤。為保證這一意圖的實現，法國在東北邊界戰場投入了印支戰區的大部分空軍部隊，整天狂轟濫炸，全力支援地麵部隊作戰。同時連續向勒巴兵團空投彈藥、給養，並空降傘兵部隊加強其防禦力量。到10月6日，由高平南撤的沙格東兵團一路衝破越軍地方部隊的截擊，到達穀社山地以北一公裏處，與越軍負責外圍警戒的第209團部隊進入交戰。而七溪兩度北上的那本兵團也從南麵逐漸逼近了越軍包圍圈。戰局驟然緊張。越軍前指顯得有些緊張。一位負責幹部給陳賡打電話說：北上、南撤之敵即將會合，而勒巴兵團一時又很難消滅。現在越軍部隊經過連日苦戰，已很疲勞，繼續打下去恐怕堅持不住，所以想讓部隊撤出戰鬥。
陳賡很清楚，戰役發展到目前這個程度，正是敵我雙方進行最後一搏的關鍵時刻。誰能堅持住，誰就有可能獲勝。如果越軍此時撤出戰鬥，不僅會前功盡棄，後果也不堪設想。故而他回答說：盡管形勢嚴峻，但敵人已是強弩之末。隻要堅持下去，必定勝利。現在決不能姑息部隊的情緒，而要動員部隊克服困難，打出一股狠勁，在氣勢上壓倒敵人，不惜任何代價奪取勝利。
陳賡的意見，得到了中共中央軍委的肯定。毛澤東於10月6日致電陳賡，指出：先集中主力殲滅東溪西南被我包圍之敵，然後再看情況圍殲高平南逃之敵，此計劃是正確的。除對東溪西南之敵須堅決徹底加以殲滅，即使傷亡較大也不要顧惜，不要動搖外，並要將高平逃敵確實抓住，不使之逃脫，還要對諒山等處可能出援之敵有所部署。隻要對上述三點處理恰當，勝利就是你們的。
毛澤東的指示，使陳賡對戰役指揮更加胸有成竹。他冷靜地分析了戰局，認為雖然幾股敵軍已呈靠攏之勢，但各部敵軍又分別處於越軍分割包圍之中，這正是發揮越軍野戰特長聚殲敵重兵集團的大好時機，如果能在穀社山地大量殲滅敵有生力量，就會扭轉越北戰場的局勢，為越軍爾後轉入戰略反攻打下良好的基礎。當務之急是堅定越軍的取勝信心，力爭盡快消滅勒巴兵團，打破僵持局麵，把握戰役主動權。陳賡決定向越共中央和胡誌明主席反映情況，爭取他們的支持。
胡誌明采納陳賡意見
陳賡將毛澤東的電報及自己就戰役指揮寫成的一封信送給了胡誌明。陳賡在信中坦率陳述了自己對戰局的基本看法和對越軍作戰的幾點意見，提出要按既定計劃堅決地打到底，即使不能一下吃掉敵軍，也要圍住敵軍，逐步消耗、殲滅之。他要求對越軍幹部思想進行整頓，堅決克服遊擊習氣，樹立敢打硬仗、惡仗的信念。他還建議胡誌明采取適當方式鼓勵前方指戰員，決不能讓靶巴兵團與沙格東兵團會合。
胡誌明看過毛澤東主席的電報和陳賡的信之後，親自幹預戰役指揮，立即命令越軍前指集中第308師和第209團對勒巴兵團實施總攻。他又給前線官兵發出慰問電，要求全體官兵“不惜任何犧牲，堅決殲滅敵人。”並說，“我每時每刻都在等待著你們勝利的消息。”同時，他給陳賡回信，誠懇地說：“你的意見很使我們感動，已令他們照辦。”
胡誌明主席親自下達命令，加之陳賡在電話中以嚴厲的語氣提出了意見，對越軍前指震動極大。陳賡與武元甲等領導幹部誠懇交心並幫他們具體籌劃了總攻部署。越軍前指信心大增，決心不惜任何代價打贏這一仗。越軍前指下達限時殲敵命令，限令部隊務必在7日之前堅決殲滅勒巴兵團。
龜縮於穀社山地的勒巴兵團這時已處於驚慌失措狀態之中。勒巴本人鬥誌盡失，隻求盡快脫身。他在電台上向上司呼救說：“我們傷亡嚴重，再不來解救，今晚即會有悲劇發生。”他的上司無奈，隻好令其設法突圍。勒巴回答說：“滿山遍野都是越盟軍隊，突不出去。你們還是快派飛機來把我們運走吧。”
但是，想跑已來不及了。6日晚，越軍第308師等部隊對勒巴兵團發起了總攻。戰至7日清晨，側後突擊的部隊占領了法軍陣地中的製高點――“貓耳朵山”，並由上向下對敵發起猛攻，勒巴兵團立時亂作一團。越軍部隊趁勢從四麵八方展開向中心攻擊，很快殲滅了敵軍主力。勒巴率百餘名殘兵躲進石洞頑抗，不久也被消滅。勒巴連同他的參謀人員都做了俘虜。
在聚殲勒巴兵團的時候，高平南撤的沙格東兵團也突入了穀社山地。但畢竟晚到一步，不僅無法挽救勒巴兵團，自己也因此陷入了覆亡的境地。戰局由此急轉直下。陳賡立即向越軍前指建議，命第209團負責搜剿殘敵，令第308師迅速轉向北麵，投入殲滅沙格東兵團的戰鬥。同時以部分部隊纏住那本兵團，待消滅了沙格東兵團後，主動揮師南下，消滅那本兵團。
越軍前指完全接受陳賡的建議，並立即依此下達了調整部署的命令。胡誌明主席親自給第308師寫信說：“抗戰以來，我軍第一次在運動戰中連續戰鬥幾天，這是一次大考驗……你們已經勇敢地完成了這次考驗的十分之七。你們要努力消滅沙格東兵團。”
7日上午，士氣正旺的第308師投入了圍殲沙格東兵團的戰鬥。沙格東兵團自離開高平後，一路上遭到越軍地方部隊和民兵遊擊隊的攔截、襲擾，早已精疲力竭。因此，聚殲沙格東兵團的戰鬥發展異常順利。當天下午，越軍即攻占沙格東的指揮所，活捉沙格東及其參謀人員。法軍部隊群龍無首，四處逃散。
穀社山之地戰，使法軍在越北戰場上的機動部隊喪失過半，這是自印支戰爭開始後法軍所遭受的最慘重的失敗。法軍遭此沉重打擊，驚恐不安。加爾龐吉埃下令邊界據點的部隊立即後撤河內、海防一線。10日，法軍撤離七溪，掃蕩太原地區的部隊也於同日撤往河內。此後幾天，邊界地區的法軍倉皇撤退，大有風聲鶴唳，草木皆兵之感。越軍部隊乘勝前進，至10月底，相繼解放了那岑、同登、諒山、祿平、安州，以及西北邊境地區的老街、黃樹皮等重要城鎮。
邊界戰役結束後，越北根據地沉浸在歡慶勝利的喜悅氣氛之中。這是越南抗法戰爭以來所取得的一次空前勝利，共殲敵8000餘人，解放了邊界沿線的大部分重要城鎮，將法軍的勢力範圍推回到內地，越北根據地被封鎖的狀況因此得到根本改變，中越交通線從此暢通無阻。這一戰果遠遠超出了戰役的最初設想。
胡誌明主席異常高興。在越軍總部舉行的慶功宴會上，他向中國軍事顧問一一敬酒感謝他們為邊界戰役勝利作出的貢獻，並對陳賡說：“這一仗你們真是幫了大忙，你和中國同誌都出色地完成了自己的任務，我對你們的工作十分滿意。”
胡誌明敬酒妙語連珠
宴席間，歡聲笑語，氣氛熱烈。胡誌明精神矍鑠，妙語連珠。他在和中國顧問王硯泉碰杯時，隻喝了一半，突然把酒杯放了下來，神秘地說：“這杯酒我隻喝一半，餘下一半留給我夫人喝。”
王硯泉聽後一愣，胡誌明至今獨身一人，人所共知，哪裏來的夫人呀！一旁的陳賡明白了胡誌明話中的奧秘，但佯作不解。見王硯泉接不上話，他馬上說：“如此說來，胡主席應該罰酒。胡主席為革命終日操勞，但對自己的生活卻不上心。在坐的都是黨員，我建議現在通過一項黨的決議，批評胡主席不注意個人生活，限他在3個月內找個夫人。否則就認罰兩杯。”
此言一出，全場歡聲雷動，中越幹部齊聲叫好。胡誌明放聲大笑，擺手示意大家安靜，然後很莊重地說：“黨的決議我理應服從。隻是也有一個建議，這個決議似乎應由婦女大會來做。如果今天開的是婦女大會，我服從決議，否則就難以從命了。”大家聽後，笑聲、歡呼聲更大了。胡誌明激動地說：“戰役勝利了，同誌們都盡了力。我願和大家共飲一杯慶祝勝利。”
是啊，勝利了。越南抗法戰爭的局麵終於打開了，陳賡和所有的中國顧問都為此而歡欣鼓舞，然而，勝利並不能說明越南人民軍已經成熟。越軍，特別是一些幹部在戰役過程中所暴露出來的問題，使陳賡深感不安。對於越軍中存在的一些問題，中國軍事顧問感觸很深。有的顧問幾次提建議不見成效，產生了急躁情緒，幹脆自己下命令指揮部隊作戰。結果因方法不對頭，不但沒有得到越軍幹部的理解，反而影響了彼此的關係。有的顧問感到實在不好工作，幹脆向陳賡要求回國。