Trong khi Hội nghị Geneva tập trung giải quyết những vấn đề chính trị, ngoại giao, Hội nghị Trung Giã đảm nhiệm việc thống nhất các nội dung quân sự trực tiếp liên quan đến đình chỉ chiến sự. Hai bên tập trung đàm phán về phương thức thực hiện lệnh ngừng bắn, trao trả tù binh và điều chỉnh khu vực tập kết Quân đội, chuyển giao địa bàn, cũng như các cơ chế phối hợp để bảo đảm thi hành Hiệp định Geneva sau khi ký kết.

Những tên lính Pháp cuối cùng rút khỏi cầu Long Biên, Hà Nội (chiều 9-10-1954). Ảnh tư liệu  

Vấn đề được đặt lên hàng đầu là ngừng bắn. Đây là nhiệm vụ phức tạp bởi cuộc kháng chiến chống thực dân Pháp là cuộc đấu tranh của cả dân tộc Việt Nam với kẻ thù xâm lược. Trong cuộc chiến này, lực lượng ta và địch xen kẽ và cài răng lược với nhau trên quy mô rộng lớn. Các đơn vị chủ lực, bộ đội địa phương và dân quân du kích hoạt động từ đồng bằng, đô thị đến vùng rừng núi, từ Bắc vào Nam. Vì vậy, việc truyền đạt lệnh ngừng bắn đến các lực lượng đúng thời gian quy định đòi hỏi sự phối hợp chặt chẽ giữa hai bên.

Tại hội nghị, hai bên thống nhất trước hết phải gỡ thế "cài răng lược", phân chia lực lượng về các khu vực đóng quân tạm thời nhằm tránh những va chạm có thể dẫn đến xung đột. Phía Pháp yêu cầu các lực lượng phi chính quy của Việt Nam rút ngay khỏi khu vực tập kết của họ, trong khi phía Việt Nam kiên trì bảo vệ quan điểm phù hợp với thực tế chiến trường. Kết quả, hai bên thống nhất, các lực lượng phi chính quy ngừng bắn tại chỗ, không mang theo vũ khí và tiếp tục sinh hoạt bình thường. Để bảo đảm lệnh ngừng bắn được thực hiện thống nhất trên toàn chiến trường, phía Việt Nam đề nghị Pháp sử dụng máy bay đưa các đoàn sĩ quan đến Bình Trị Thiên, Liên khu 5 và Nam Bộ truyền đạt mệnh lệnh, đồng thời phối hợp thành lập các Ủy ban Liên hợp chiến trường.

Ngày 27-7-1954, Hội nghị Trung Giã kết thúc, thông qua thông cáo chung và chuyển thành Ủy ban Liên hợp Trung ương để tổ chức thi hành Hiệp định Geneva. Ngay trong ngày, máy bay của không quân Liên hiệp Pháp đã chở các đoàn sĩ quan Việt Nam đến các chiến trường, rải lời hiệu triệu của Chủ tịch Hồ Chí Minh, lệnh ngừng bắn cùng các chỉ thị của Bộ Tổng Tư lệnh về tập kết quân, chuyển giao khu vực, bảo đảm mệnh lệnh nhanh chóng đến những địa bàn xa nhất.

Những kết quả đạt được tại Hội nghị Trung Giã đã tạo cơ sở trực tiếp để triển khai Điều 11 của Hiệp định Geneva về đình chỉ chiến sự. Theo đó, việc ngừng bắn được tiến hành đồng thời trên toàn lãnh thổ Việt Nam theo từng khu vực, bảo đảm đủ thời gian truyền đạt mệnh lệnh đến các đơn vị chiến đấu. Hai bên thống nhất lấy vĩ tuyến 17 dọc sông Bến Hải làm giới tuyến quân sự tạm thời; quy định việc tập kết, chuyển quân và chuyển giao khu vực; đồng thời cam kết không tiến hành các cuộc tiến công lớn trong quá trình thi hành hiệp định.

Đối với quân đội Liên hiệp Pháp, Hiệp định quy định lộ trình rút quân khỏi miền Bắc theo từng giai đoạn, từ Hà Nội, Hải Dương đến Hải Phòng và hoàn thành trước ngày 19-5-1955. Đây là lần đầu tiên trong lịch sử gần một thế kỷ xâm lược, thực dân Pháp phải chấp nhận rút toàn bộ quân đội khỏi miền Bắc Việt Nam theo một cam kết quốc tế. Việc thực hiện các thỏa thuận quân sự sau Hội nghị Trung Giã diễn ra nghiêm túc. Báo cáo của Đại tướng Võ Nguyên Giáp trước Quốc hội khóa I (tháng 3-1955) khẳng định toàn bộ các đơn vị chủ Sau khi gỡ thế cài răng lược và tập kết lực lượng, Quân đội ta lần lượt tiếp quản các địa phương ở miền Bắc. Việc tiếp quản Thủ đô Hà Nội là minh chứng tiêu biểu cho hiệu quả của những thỏa thuận đạt được tại Hội nghị Trung Giã. Cuối tháng 9-1954, hai bên hoàn tất việc chuyển giao Hà Nội về quân sự, sau đó chuyển giao về hành chính trên nguyên tắc giữ vững trật tự, bảo đảm an toàn, không phá hoại cơ sở vật chất và không làm gián đoạn các hoạt động của thành phố. Ngày 8-10-1954, quân Pháp làm lễ hạ cờ; ngày 9-10 bắt đầu rút quân và đến ngày 10-10-1954, quân dân ta chính thức tiếp quản Thủ đô trong không khí hòa bình, trật tự.

Không chỉ tác động đến Việt Nam, kết quả của Hội nghị Trung Giã còn tạo điều kiện để triển khai các thỏa thuận đình chiến tại Lào và Campuchia. Tại Lào, các bên thực hiện ngừng bắn, tổ chức tập kết lực lượng theo đúng thời hạn, quân đội Liên hiệp Pháp từng bước rút khỏi các khu vực chiếm đóng. Lực lượng Pathét Lào nghiêm chỉnh thi hành hiệp định, tạo tiền đề cho tiến trình hiệp thương chính trị nhằm thống nhất đất nước. Ở Campuchia, quân đội Liên hiệp Pháp rút dần lực lượng, chuyển giao lãnh thổ cho Chính phủ Hoàng gia Campuchia. Lực lượng Khmer Issarak chấp hành việc giải giáp tại chỗ và được bảo đảm các quyền công dân theo quy định của Hiệp định Geneva, mở ra cơ hội giải quyết các vấn đề chính trị bằng con đường hòa bình.

Hội nghị quân sự Trung Giã là mắt xích đặc biệt quan trọng nối giữa thắng lợi quân sự trên chiến trường với thắng lợi ngoại giao tại Geneva. Nếu Hội nghị Geneva xác lập khuôn khổ pháp lý quốc tế cho việc chấm dứt chiến tranh thì Hội nghị Trung Giã đã cụ thể hóa các nội dung quân sự để các cam kết ấy có thể triển khai trên thực tế. Những thỏa thuận về ngừng bắn, tập kết lực lượng, chuyển giao địa bàn và cơ chế phối hợp thi hành hiệp định tạo điều kiện thuận lợi để quân đội Liên hiệp Pháp rút quân khỏi Đông Dương theo đúng lộ trình cam kết. Đây cũng là thắng lợi khẳng định giá trị của sự kết hợp chặt chẽ giữa đấu tranh quân sự, chính trị và ngoại giao; mở ra triển vọng giải quyết các xung đột bằng thương lượng, góp phần cổ vũ mạnh mẽ phong trào đấu tranh giành độc lập dân tộc của các dân tộc bị áp bức trên thế giới.