Trước tình hình đó, Tiểu đoàn 6, Trung đoàn 2, Sư đoàn 324 (Quân khu 4) nhận định: Nếu ta chậm trễ, địch sẽ nhanh chóng xây dựng công sự, phát huy ưu thế hỏa lực và không quân, khiến việc tiến công của ta gặp nhiều khó khăn. Vì vậy, đơn vị quyết định đánh địch ngay trong quá trình chúng triển khai đội hình.

Tiểu đoàn 6 tổ chức lực lượng thành nhiều mũi tiến công, trong đó Đại đội 3 là hướng chủ yếu, được tăng cường hỏa lực cối và đại liên; Đại đội 4 cơ động hiệp đồng từ hướng khác; Đại đội 1 làm lực lượng dự bị, sẵn sàng chi viện. Việc bố trí lực lượng linh hoạt vừa bảo đảm sức đột kích ban đầu, vừa tạo điều kiện xử trí các tình huống phát sinh trên chiến trường. 

Xác máy bay trực thăng của Mỹ bị quân giải phóng Trung đoàn 64 (Sư đoàn 320) bắn rơi trên đồi Không Tên, thuộc huyện Cam Lộ, tỉnh Quảng Trị. Ảnh tư liệu dùng để minh họa: TTXVN

Khoảng 10 giờ ngày 24-7-1966, các đơn vị bắt đầu cơ động trong điều kiện địa hình rừng núi hiểm trở, đường hẹp, cây cối rậm rạp. Máy bay và pháo binh địch liên tục đánh phá nhằm ngăn chặn bước tiến của ta. Tuy nhiên, bộ đội đã khéo léo lợi dụng từng khoảng trống giữa các đợt phi pháo để cơ động, nhanh chóng áp sát đội hình địch.

Đến gần trưa, các mũi tiến công của Tiểu đoàn 6 đã tiếp cận mục tiêu. Mặc dù bị địch dùng bom cháy đánh chặn, cán bộ, chiến sĩ vẫn kiên quyết vượt qua, bám sát địch ở cự ly gần. Đây là quyết định có ý nghĩa quan trọng, bởi khi hai bên ở cự ly từ 100 đến 200m, máy bay và pháo binh địch không thể phát huy hiệu quả hỏa lực. 

Đúng thời cơ, hỏa lực cối và đại liên của ta đồng loạt chế áp, tạo điều kiện cho bộ binh xung phong. Đòn đánh bất ngờ khiến đội hình địch rối loạn, nhiều vị trí bị tiêu diệt ngay từ đầu. Sau gần hai giờ chiến đấu, địch bị tổn thất nặng, buộc phải co cụm lên đỉnh điểm cao. Các lực lượng địch ở phía sau nhiều lần cơ động ứng cứu nhưng đều bị hỏa lực của ta ngăn chặn.

Buổi chiều, thời tiết chuyển mưa lớn càng hạn chế khả năng hoạt động của máy bay và pháo binh địch. Tiểu đoàn 6 tiếp tục duy trì sức ép, đồng thời bổ sung đạn dược, điều chỉnh lực lượng để giữ vững thế tiến công. Khi trời tạnh, địch điều trực thăng vào thu hồi quân thương vong dưới sự yểm trợ của phi pháo. Chờ máy bay địch hạ thấp độ cao, bộ đội ta bất ngờ nổ súng, bắn cháy một chiếc trực thăng, buộc các máy bay còn lại phải rút lui.

Với tinh thần chiến đấu dũng cảm, khả năng nắm bắt thời cơ, cách đánh áp sát địch để vô hiệu hóa ưu thế phi pháo của chúng và tổ chức hiệp đồng linh hoạt, chỉ sau một ngày chiến đấu, Tiểu đoàn 6 đã loại khỏi vòng chiến đấu khoảng 200 tên địch, bắn cháy một trực thăng, thu nhiều vũ khí và trang bị, buộc chúng phá sản kế hoạch chiếm giữ điểm cao 402.