越軍在老山前線尋找解放軍的破綻，最後他們把目標盯上了松毛嶺地區，企圖用突襲的方式打我軍一個措手不及。越軍第二方面軍司令武立調集了三個師九個團共兩萬多人的兵力，還從全國蒐集了10萬發大口徑炮彈，這佔到了當時越南全國大口徑炮彈儲量的一半以上，準備在最短時間的內拿下松毛嶺，控制老山地區。當時我軍為了應對越軍的挑釁，派出200多輛卡車往前線拉了一個月的炮彈。
7月11日夜，越軍所有的無線電台停止使用，保持靜默狀態，越軍前沿部隊也停止任何的挑釁行為，我軍電子偵聽部隊也破譯了越軍的電報，得知越軍準備在7月12日凌晨對14軍40師的一個前沿步兵團發動進攻。7月12日凌晨兩點五十分，我軍炮兵部隊對陣地前沿進行炮火覆蓋，在第一輪炮火覆蓋結束後，陣地前並沒有任何反應，但是後來根據抓獲的俘虜交代，解放軍第一輪炮火覆蓋就打死了兩名潛伏在我軍陣地前沿的越軍營長，但是越軍並沒有出聲。
在第一輪炮火結束之後，解放軍緊接着又進行了第二輪炮火打擊，埋伏在我軍陣地前沿的越軍終於忍不住了，鬼谷狼嚎的朝着我軍發動瘋狂進攻。但是由於越軍後方的預備隊和後勤部隊，醫療隊被我軍炸掉，前沿的部隊成為了一支孤軍，很快被消滅掉。越軍指揮官反應過來後，立刻調集重兵繼續對我軍前沿的守備團發動進攻。
此戰中，我軍的炮兵發揮了巨大作用，所有火箭炮，加農炮，加榴炮，重型迫擊炮，甚至坦克都一字排開，在陣地前沿形成了數道火牆，封鎖住越軍進攻的通道，越軍只要靠近這個火牆就會被炸得灰飛煙滅。越軍炮兵也對我軍發動了反擊，我軍的炮兵偵察兵迅速找出了位置，越軍24門重型榴彈炮被我軍摧毀，但是我軍炮兵偵察兵損失也很大，數名偵察兵在偵查時被越軍高射機槍打死，英勇犧牲。
炮兵在打到中午的時候，炮彈就已經明顯不足了，雲南軍區司令立刻下令部隊到路上攔民用車拉炮彈，所有來往車輛放下貨物，由解放軍派兵看管，每輛車由一名解放軍的官兵帶着去彈藥庫拉炮彈。很多司機二話不説，卸下貨就去拉炮彈，一些司機還不顧勸阻，把炮彈拉到了最前沿的炮兵陣地上。
戰役進行到下午5點多，我軍炮兵向越軍發射了3400噸炮彈，越軍3800多人被打死在我軍陣地前沿。由於傷亡太大，越軍被迫撤退，此戰以我軍的勝利告終。