16/9/1950, chiến dịch bắt đầu, ta tiến công cụm cứ điểm Đông khê. Sáng ngày 18/9/1950, ta tiêu diệt hoàn toàn cụm cứ điểm Đông khê, đẩy địch vào tình thế nguy khốn: Thất Khê bị uy hiếp, Cao Bằng bị cô lập, thế phòng thủ trên đường số 4 lung lay.

Mất Đông khê, quân Pháp buộc phải rút khỏi Cao Bằng bằng kế hoạch ‘’hành quân kép”: một cánh quân đánh lên Thái nguyên để thu hút chủ lực của ta, một cánh quân khác từ Thất khê tiến lên chiếm lại Đông khê để đón quân từ Cao Bằng về.

Đoán trước ý định của địch, quân ta mai phục, kiên nhẫn chờ đánh quân tiếp viện. Từ 1 đến 8/ 10/1950, quân ta liên tục chặn đánh địch, diệt gọn 2 binh đoàn, làm sụp đổ hoàn toàn kế hoạch rút quân của địch.

Từ 10 đến 22/10/1950, địch phải rút khỏi đường số 4: Thất Khê, Na Sầm, Đồng đăng, lạng Sơn, Đình Lập. Đến 23/10/1950 chiến dịch Biên giới kết thúc thắng lợi.