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第一阶段代号“阿瑞托莎”，于1月底执行，动用25个步兵营和3个炮兵营在绥和（Tuy Hoa）登陆，然后向四周扫荡，持续约3～4周。3月初，动用34个步兵营和5个炮兵营实施第二阶段代号为“阿克塞勒”的行动，持续6～8周。5月，调动45个步兵营和8个炮兵营实施第三阶段代号为“匈奴王”的行动，持续2个月。如果亚特兰大行动顺利结束，保大军铲平第5联区，那么纳瓦尔下一个灭掉的对象就是西原战场的越军部队。
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“亚特兰大”行动的主体是保大军。纳瓦尔计划第一阶段出动21个保大军步兵营和2个法军步兵营，以及法军伞兵和海军突击队。如果行动顺利，加上奠边府那边顶住越军主力的进攻，到第三阶段，纳瓦尔将采取法军为主体的作战，即调动3个法军机动团和1个保大军机动团增援第一、二阶段参战的保大军，完成最后的剿灭行动。当然，第一阶段的行动关乎成败，因此纳瓦尔命令法军出动装甲部队、海军陆战队和伞兵，以及远东海军、中圻和南圻战术空军（含尼科上校的运输机部队），要为保大军提供强力支援。
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1月20日，“亚特兰大”行动拉开序幕，保大军从芽庄出发，法军在绥和登陆，第一天没有遇到任何抵抗。第5联区没有打算和法军、保大军硬碰硬，他们采取坚壁清野的战术，一边用游击队袭扰法军和保大军，同时在各个村庄埋下无数地雷、诡雷，设置陷阱，一边化整为零，不断伏击法军和保大军，和他们玩起“捉迷藏”。一连3个星期，法军和保大军始终无法捕捉到第5联区主力，而他们自己却被牵着鼻子团团转。
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与此同时，各地越军继续展开活跃攻势，打得法国远征军顾此失彼。1月初，越南人民军总参谋长文进勇指挥的320大团和325大团18团越过带江，打进塔西尼防线，和当地3个独立团合兵一处，一股股地歼灭小据点的法军和保大军。1月21日，也即“亚特兰大”行动次日，320师组织了一次经典的伏击战，一举全歼了保大军第31机动团1个整营。
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在西原战场，法军精锐第100机动团（以第1和第2朝鲜营为基干）只能坐守昆嵩—波莱古—安溪，靠着横贯高山密林的14和19号公路进行补给。越军名将阮明洲和段奎抓住这个弱点，集中803团和108团伏击法军护航运输车队，屡屡得手。1月26日，奉武元甲大将下达的关于各个联区配合奠边府作战的命令，阮明洲率领803团和108团出击昆嵩省省会——昆嵩市。两个团一鼓作气连克外围据点，逐步合围昆嵩市，打得100机动团只有招架之功，全无还手之力。2月5日，第100机动团在803和108团完成合围前逃出昆嵩市，阮明洲拿下了昆嵩，震动了整个西原战场！接着，阮明洲乘胜进逼波莱古。法军深知，西原战场一共有两个基石，一是昆嵩，二是波莱古，要是两个都落入越军之手，那么西原就拱手让人了。于是，纳瓦尔通过西原战场司令向第100机动团下达死命令，不惜代价守住波莱古。
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2月18日凌晨，803团一个营打下了波莱古北面据点德多，100机动团伤亡80人，双方又进行了几次小规模战斗后，阮明洲从波莱古撤围，主力转入根据地休整，并以1个营袭扰安溪，进一步分散法军机动部队。纳瓦尔果然上当，又把第2外籍兵团伞兵营投到安溪固守。
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在越军各地的攻势下，“亚特兰大”行动虎头蛇尾，到3月中旬无疾而终。表面上，纳瓦尔仍坚称“亚特兰大”行动至少第一阶段获得成功，但在3月26日给总参谋长埃利的信中，纳瓦尔坦陈行动已经失败：“形势已经很明显。之前国防部长普利文还问我对保大军接替我军防务的看法，当时我的表态过于乐观了。从目前情况来看，保大军在几年之内都不会有太大的建树……”
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就在纳瓦尔中将为“亚特兰大”糟糕的战果郁闷不已的时候，越南人民军总司令武元甲大将也在伤脑筋——1月25日的总攻究竟是打还是不打？
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当前，越南方面面临着两大困难：一是打法问题，原先判断奠边府守军不足10个营，越军就采取中心开花的战术，一边用炮火封锁机场，一边用主力突破，插入纵深，先消灭法军指挥部和炮兵阵地，再从里往外打，争取速战速决。然而，情报表明，法军的兵力已超过12个营，工事构筑也远比武元甲想象的更为坚固。如此一来，速战速决是不可能了，只能调上重炮兵，采取要塞正攻法。可采取这种方法，第二个问题就接踵而至——在没有道路的山间，重炮兵履步为艰，209团和第141团全力协助拉炮，没法按时进入阵地。
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怎么办？中国军事顾问团团长韦国清提出了临战变更作战方案——暂时不进攻奠边府，留316大团98团和174团继续钳制奠边府守敌，312大团165团保护大炮和炮阵地，同时让209团和141团再吃一次苦，把105毫米榴弹炮拉回原出发阵地，再进一步修缮道路，为重新进入创造条件。此外，调308大团在第148独立团一部配合下进击上寮，相机进占琅勃拉邦，进一步分散法国远征军兵力。
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对韦国清的建议，武元甲进行了仔细思考，认为速战速决对还没有经历过大型攻坚战的年轻越军来说，有百害而无一利。1月26日，武元甲找到韦国清，两人进行了半个小时的会谈。武元甲在回忆录中称，这次会谈坚定了放弃“速战速决”的既定计划，全军思想大转弯，准备完善后再剥笋皮似的由外往内啃。对武元甲大将的决定，越军上下表示一致拥护。1964年，越南人民军进行奠边府胜利十周年纪念座谈会时，参加奠边府战役的各位大团长对武元甲大将这个决策做出了高度评价。
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黎仲迅一针见血地指出：“如果没有这道命令，我们很多人都没法活到抗美战争。”第351工炮大团长兼政委范玉茂也说：“说实话，你要我们炮兵撤回让我们大大松了口气！”第308大团长王承武也说：“当我们听说我们的105毫米榴弹炮群有2000发炮弹的时候都很兴奋，我们都告诉自己敌人很快就要崩溃了。可我相信这并不是事实！为什么？在修武，敌人朝我们砸了5000发炮弹，我们的88团最终消灭了敌人，但在奠边府，我们只有2000发炮弹，却要打奠边府广袤的土地上遍布的所有敌人的据点，我当时就认为这个‘速战速决’的计划会让我们的抵抗力量倒退十年！”
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在全军都松了一口气的情况下，越军轻装上阵开始实施新的战略计划。1月25日夜，已经进入攻击阵地的308大团，兵分两路，突破国境线，向老挝首都琅勃拉邦展开急袭。
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武元甲大将的变阵立即让纳瓦尔感受到巨大的压力。散布在边境线上的法国殖民军望风而逃，308大团以102团为先锋，昼夜兼程重演去年春天长途追击的故事。为了确保重要的琅勃拉邦孟塞机场安全，纳瓦尔甚至临时把第2和第3泰族步兵营从奠边府调出（2周后又运回奠边府），但仍对308大团的突破束手无策。
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民工用自行车驮运物资支援奠边府。
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1月31日，308大团打到孟夸，将老挝驻军中最精锐的第2外籍兵团步兵团1营2个连和老挝王国陆军第2轻步兵营大部分合围，一夜激战，102团以伤亡不足百人的代价，将2个连的法军和寮国部队全歼。
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与此同时，第148独立团一部在苏发努冯亲王的巴特寮游击队配合下，向北发展，迅速占领老挝北部的丰沙里省全境，使巴特寮根据地扩大将近1万平方千米，和越盟控制的西北根据地连成一片。
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36团和88团也击溃老挝王国陆军的抵抗。2月8日，越军4个营兵临琅勃拉邦城下。纳瓦尔中将急忙将第1外籍兵团伞兵营和第7机动团3个营空运进琅勃拉邦，使守军兵力达9个营，顶住了308大团的急攻。
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另外，德绍准将的越北战术空军也从空中绞杀战中分出兵力，不分昼夜地轰炸越军补给线，308大团再陷去年春天粮弹供给不上的窘境，战线僵持在南巴河与南乌江之间。2月23日，看到上寮境内已无战机，308大团收住兵锋，返回奠边府。
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从2月底开始，重炮兵和367高射炮团再次进入阵地。由于第151工兵团积极修缮道路，仅1个月时间，105毫米榴弹炮和37毫米高射炮便顺利进入阵地。不过，越军为了拉炮付出的代价可不轻。据第312步兵师战史记载，在沿着巡教到奠边府长达70千米的拉炮途中，第141团牺牲了29人，负伤106人，第209团牺牲25人，负伤96人，合计第312大团为了拉炮牺牲54人，负伤202人。为了表彰第312大团为炮兵安全进入阵地所做出的牺牲和贡献，越南人民军总部特地授予第141团143连和209团366连各一枚三等战功勋章。
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3月7日，越南人民军参战各部均到达指定位置：308大团从西面包围奠边府，304大团57团和316大团176团888营负责切断航岗与奠边府的联系，312大团和316大团2个团（98团和174团）从东北和东南面包围奠边府，总兵力达4.9万人。
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与此同时，由总参谋长文进勇少将指挥的第3联区也对河内嘉林机场和海防吉碑机场进行两次成功偷袭，沉重打击了越北战术空军的士气。
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