Tại xã Quảng Giao, cách phía Nam Sầm Sơn khoảng 2km, tổ trinh sát phát hiện một bãi mạ khô dài hơn 100m, rộng khoảng 60m, được che chắn bởi lũy tre và các khóm dừa. Qua kiểm tra, đo đạc và tính toán đường cơ động, các bộ phận thống nhất đây là vị trí thích hợp để bố trí 3 bệ phóng, đài điều khiển và ra-đa. Trận địa chỉ cách biển khoảng 800m, có điều kiện ngụy trang tốt.

Cán bộ, chiến sĩ Tiểu đoàn 64, Trung đoàn 236 sau trận thắng đầu năm 1967. Ảnh tư liệu 

Khi biết trận địa có thể ảnh hưởng đến sản xuất và đời sống nhân dân, tổ trinh sát báo cáo với chính quyền xã. Lãnh đạo địa phương khẳng định nhân dân sẵn sàng phá dỡ rau màu, vườn nhà để giúp bộ đội, với mong muốn bắn rơi máy bay Mỹ ngay trên quê hương Thanh Hóa. 17 giờ ngày 15-2-1966, Tiểu đoàn 64 cơ động về Quảng Giao. Đêm khuya, dân quân, thanh niên, phụ nữ địa phương vẫn chờ sẵn, giúp bộ đội làm đường, chuẩn bị trận địa và ngụy trang khí tài. Đến 2 giờ ngày 16-2, trận địa hoàn thành, sẵn sàng chiến đấu.

Trong quá trình kiểm tra khí tài, tín hiệu trả lời của đạn không ổn định. Tổ kỹ thuật khẩn trương kiểm tra và xác định hệ phát lệnh vẫn tốt. Sau hơn một giờ sửa chữa, tín hiệu cả 3 rãnh tên lửa đều sáng rõ, khí tài sẵn sàng chiến đấu. Đúng lúc đó, ra-đa phát hiện mục tiêu từ khu vực Đồng Giao bay về phía trận địa. Tiểu đoàn trưởng quyết định chuyển từ phương án đánh đêm sang đánh ngày. Mục tiêu ở cự ly 18km, độ cao 4.000m, tốc độ khoảng 200m/s, tham số đường bay bằng 0. Tiểu đoàn trưởng lệnh phóng 2 quả tên lửa, giãn cách 6 giây, nhưng tình huống diễn ra quá nhanh. Khi mục tiêu vào cự ly 14km, sĩ quan điều khiển chỉ kịp phóng một quả tên lửa, gặp mục tiêu. Kỹ thuật viên Ngô Việt hô lớn: “Máy bay bốc cháy!”. Chiếc máy bay RF-4C của Mỹ cháy như quả cầu lửa, bay qua đầu đài điều khiển rồi rơi xuống cách trận địa khoảng 600m. Lúc đó là 13 giờ 31 phút ngày 18-2-1966.

Trận đánh diễn ra rất nhanh và bất ngờ, khiến phi công địch không kịp sử dụng nhiễu, không kịp tránh tên lửa. Chiến thắng tại Quảng Giao cho thấy hiệu quả của cách đánh chủ động cơ động, bí mật phục kích, tạo thế bất ngờ, đánh địch vào hướng và thời điểm chúng không ngờ tới. Thành công ấy là kết quả của sự hiệp đồng chặt chẽ, tinh thần xử trí nhanh của kíp chiến đấu, sự bảo đảm kỹ thuật kịp thời và đặc biệt là sự giúp đỡ hết lòng của nhân dân địa phương, góp phần tạo nên thế trận chiến tranh nhân dân hiệu quả.