Chiến dịch được chuẩn bị chu đáo và diễn ra từ ngày 20-1 đến 15-7-1968, thể hiện cuộc đấu trí, đấu lực hết sức căng thẳng, quyết liệt giữa ta và địch, trong đó với Quân đội ta nổi lên một số nét mới, đánh dấu bước phát triển của nghệ thuật tác chiến được vận dụng linh hoạt, sáng tạo trong suốt quá trình diễn ra chiến dịch.
Trước hết, về nghệ thuật tập trung lực lượng, lần đầu tiên trong một chiến dịch ở miền Nam, Bộ Tổng tư lệnh và Bộ tư lệnh chiến dịch quyết định tập trung một lực lượng lớn tiến công địch trên hai hướng. Ở hướng tiến công chủ yếu (hướng tây) đánh vào quận lỵ Hướng Hóa, cụm cứ điểm Huội San, bao vây cứ điểm Làng Vây, đánh viện binh và vây hãm địch ở cụm cứ điểm Tà Cơn, ta tập trung 2 sư đoàn bộ binh, 3 trung đoàn pháo binh, pháo phòng không cùng nhiều tiểu đoàn binh chủng, bộ đội địa phương. Trong đó, lần đầu tiên ta sử dụng 1 tiểu đoàn xe tăng PT-76 (thiếu 1 đại đội) tham gia chiến dịch. Ở hướng tiến công thứ yếu (hướng đông), ta cũng tập trung 2 sư đoàn bộ binh (320, 324) và nhiều đơn vị cấp trung đoàn, tiểu đoàn, đại đội bộ đội chủ lực và địa phương, tiến công địch, bao vây các cứ điểm Cồn Tiên, Dốc Miếu… Lực lượng còn lại do Bộ tư lệnh chiến dịch trực tiếp chỉ huy, sẵn sàng hỗ trợ từng hướng tiến công tiêu diệt các cứ điểm và đánh địch ứng cứu giải tỏa.
Hai là, ta vận dụng các hình thức tác chiến linh hoạt, đặc biệt là tiến công vây hãm quân địch trong căn cứ và đánh địch đến ứng cứu, thay quân và rút chạy. Về phương thức tác chiến, ta chuyển từ tác chiến chủ yếu bằng bộ binh sang tác chiến hiệp đồng binh chủng, lấy đánh địch ngoài công sự và vây hãm, tiêu diệt địch trong căn cứ làm chính. Đối với quân địch trong công sự, ta chỉ đánh khi xét thấy cần thiết và nắm chắc thắng lợi. Còn những cứ điểm địch riêng lẻ do một tiểu đoàn (tương đương) đóng giữ, ta tiến công tiêu diệt trong thời gian ngắn. Điểm nổi bật là ta tập trung lực lượng đột phá liên tục vào tuyến phòng ngự của địch bằng cách đánh hiệp đồng binh chủng, phá vỡ từng cứ điểm riêng lẻ từ vòng ngoài vào vòng trong. Trong các trận Huội San, Làng Vây, bộ đội ta đã giải quyết thành công vấn đề hiệp đồng chiến đấu giữa bộ binh với xe tăng, giữa lực lượng tiến công với hỏa lực pháo binh chi viện và với lực lượng công binh thực hành mở cửa để đánh địch. Riêng trận Làng Vây, lần đầu tiên ta sử dụng nhiều hỏa lực mạnh; đặc biệt là sử dụng xe tăng bí mật, bất ngờ tiến công tiêu diệt địch. Tiếp đó, ta tập trung lực lượng vây hãm, vây lấn quân địch ở cụm cứ điểm Tà Cơn, tạo sức ép lớn buộc địch phải đưa quân ra ứng cứu giải tỏa để tiêu diệt chúng.
Ba là, ta tổ chức hiệp đồng chặt chẽ giữa các mũi, hướng tiến công đột phá, đập tan tuyến phòng ngự kiên cố của địch, với phát triển thế vây lấn, kìm hãm, tạo sức ép lớn buộc địch phải đưa quân ra ứng cứu giải tỏa ở các khu vực trận địa theo ý định ta đã lựa chọn, khiến quân địch bị động đối phó và chịu thiệt hại nặng. Ngoài ra, ta triệt để dựa vào địa thế tự nhiên của làng mạc, kết hợp với sông ngòi ở hướng tiến công thứ yếu (hướng đông) để tiêu hao, tiêu diệt nhiều sinh lực và phương tiện chiến tranh của địch, giữ vững trận địa “chốt” của các tiểu đoàn, trung đoàn bộ binh, buộc địch phải phân tán lực lượng đối phó, tạo thuận lợi cho hướng tiến công chủ yếu (hướng tây) phát triển thế tiến công chiến dịch. Sau 177 ngày đêm tiến công, vây hãm và đánh địch giải tỏa, ta đã giành thắng lợi, thực hiện mục tiêu chiến dịch là lôi kéo được một bộ phận quân cơ động Mỹ ra khu vực Đường 9 rồi tiến hành vây hãm, giam chân chúng, tiêu diệt một bộ phận sinh lực quan trọng và phương tiện chiến tranh, buộc địch phải lui quân, rút khỏi căn cứ lớn và kiên cố Khe Sanh, kết thúc chiến dịch.
Thắng lợi của Chiến dịch Đường 9-Khe Sanh đánh dấu bước phát triển về nghệ thuật tác chiến chiến dịch của Quân đội ta, góp phần tạo nên yếu tố bất ngờ và điều kiện thuận lợi cho quân dân ta ở các chiến trường trên toàn miền Nam tiến hành cuộc Tổng tiến công và nổi dậy Xuân Mậu Thân 1968.
Đại tá, TS DƯƠNG ĐÌNH LẬP