Chiến dịch Biên giới bắt đầu ngày 16 tháng 9 năm 1950, diễn ra trong ba đợt. Đợt 1, ngày 16 tháng 9, Việt Minh tiến hành đánh công kiên quy mô tương đối lớn, có hiệp đồng giữa các binh chủng tấn công cứ điểm Đông Khê nhằm cô lập Cao Bằng, và đến ngày 18, cứ điểm Đông Khê hoàn toàn thất thủ dù quân Pháp đã huy động cả không quân yểm trợ. Sự kiện này làm mất một mắt xích quan trọng trong hệ thống phòng thủ đường số 4 của Pháp. Sang đợt hai, quân Pháp quyết định rút khỏi Cao Bằng, đồng thời thực hiện cuộc "hành quân kép", gửi tiếp viện từ Lạng Sơn qua Thất Khê nhằm tái chiếm Đông Khê. Việt Minh đã bố trí thế trận phục kích, bao vây sau đó lần lượt tiêu diệt cả hai cánh quân Pháp từ Thất Khê lên lẫn từ Cao Bằng rút về. Qua đợt ba, Việt Minh tiến hành truy kích quân Pháp rút chạy đồng thời liên tục quấy rối, không cho họ chuyển quân tiếp viện cho mặt trận Cao-Bắc-Lạng.