中國軍隊的全麵進攻在2月21日達到一個高峰。這一天,中國軍隊開始對諒山外圍發動攻勢。由於在前麵的戰鬥中損失較大,中國軍隊的進攻顯得比較倉促。但是,在援軍到達後中國軍隊立即發起第二次總攻擊,並打得十分堅決。這次攻擊給越軍帶來大量傷亡,防禦體係出現動搖。但是,2月22日,越軍及時出動了預備隊第345師,重新穩定了諒山一線的形勢。雙方圍繞諒山外圍展開激戰。23日,越軍主力第3師(或近衛第3師)出現在戰場上,這支生力軍一度將中國軍隊截為兩段。從23日到25日,兩軍主力在諒山周圍反複廝殺。25日越軍地麵部隊在飛機支援下發動反攻。但是,實際戰場形勢已經是強弩之末。越軍意識到無論如何戰鬥中國軍隊都在取得上風,諒山的居民25日開始撤離,向南方疏散。就在這一天,越南人民軍總部發表戰果,稱在此前的一周中,共計殲滅中國軍隊兩萬名,擊毀中國軍隊戰車220輛。這一階段的戰鬥中,中國軍隊主要從三個方麵攻入越南境內,即西側的老街方向,中部的高平方向和東部的諒山方向。
在老街,越南人民軍遭到河口方麵中國軍隊毀滅性的火力打擊,但曾經一度頑強守住陣地。老街方向是中國軍隊主攻的預期方向,因此越軍部署了較多兵力,力圖死守。在老街市區防禦的主力為第254團,在其向南延伸的鐵路線和公路線方向部署了第121團,在老街西側則部署了第148團和第192團。此外,還在河口北側部署了第95團作為側翼部隊。但是戰鬥開始後第95團就率先被殲滅,其他部隊中有的團放棄陣地沿鐵路向南方後退,被中國軍隊追擊後分散成小隊作戰,失去建製。因此,盡管越軍第316A師從西側趕來解圍,在兩路中國軍隊的夾攻下突破前進了十公裏,最終老街仍然落入中國軍隊手中。第316A師倉促撤出戰鬥,老街周圍部署的部隊大多全部被消滅。
高平方麵越軍的主力為346師,預備隊為338師。這一地區東,北兩麵均與中國接壤,所以遭到兩路夾攻,戰鬥中346師師參謀長被俘,是越軍在戰鬥中被俘的最高人員。
但是,高平方麵的抵抗給中國軍隊造成了大量殺傷。其原因在於這裏山地地形複雜,對於節節抵抗的越南軍隊,中國軍隊缺乏山地戰鬥經驗。同時,炮兵支援不足,也是重要教訓。
中國炮兵實力雄厚。在老街取得的戰果,和炮兵火力的強大有直接關係。但是,中國軍隊的炮兵僅僅一天時間就打光了所有炮彈。第二天,炮兵支援能力大大減弱。而下一次炮彈補給要到4天以後,且隻有一個當量。中國軍隊的炮兵主要使用牽引式火炮,放列所需時間較長,嚴重影響了進攻的速度。這大概是中國軍隊在此戰中學得的最大教訓之一。
中國軍隊的一個師,總兵力約為1.2萬人。與此相對,越南人民軍一個師1萬人,相當於與中國軍80至85%的規模。
2月27日,開戰第十天,戰鬥驟然激烈起來。這一天,一度將進攻節奏減緩的中國軍指揮部,將預備兵力投入,試圖突破越南人民軍建立的防衛線。在戰鬥中越南諒山方麵守軍無法守住陣地,丟失了至關重要的諒山飛機場。就在此時,越南人民軍也針鋒相對發動了反擊,反擊的方向是諒山方麵的重要據點同登。作為諒山防線鎖鑰的同登,在早些時候經過頑強抵抗此時已被中國軍隊占領。在2月28日,越南軍的反擊奏效,奪回同登大部,此舉當令中國軍隊指揮部大吃一驚。越南人民軍方麵說,這次戰鬥中的越南軍隊,采取了靈活的作戰方式,將部隊分編成幾十人一路的小編組,以此為基礎,向中國軍隊發動了攻擊,成為對中國軍隊指揮彈性的考驗。越南人民軍采用這樣的戰術,在運用裝備上有特色。大量使用越南戰爭結束時美軍和南越政府軍拋棄的攜帶式輕便無線電台,因此戰術動作十分活躍。
中國軍隊對這種戰術猝不及防,越軍的作戰因此一時奏效。盡管中方兵力占有優勢,但受損嚴重。從朝鮮戰爭結束後,20年間基本沒有大規模實戰的中國軍隊,與越軍相比,單 兵戰鬥經驗上存在差距。中國軍指揮部迅速地調整了作戰目標,以諒山為主攻方向集中兵力發動攻勢。原因是,在其他戰線上,中國軍隊基本按預定計劃到達占領線,如能夠在這裏將越南軍隊的抵抗打垮,越軍在長達一千公裏的國防防衛線上就不再擁有最後一個可以利用的支撐點,唯一能做的就是盡快轉向後方重建新的防線。同時,中國軍隊指揮部顯然也不願給對方留下越軍戰鬥力強的心理印象。