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伴随“海盗”式战斗机出动的依然是B-26中型轰炸机，他们向可疑的越军高射炮阵地投掷了大量凝固汽油弹和破片弹，虽然没有给367高射炮团造成什么损失，但干扰了他们的转移，使越军高射炮兵在夜间都没能完全运动到新的阵地。
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当夜，C-47和C-119向奠边府投下约百吨物资。得到补给后，奠边府守军还有3天的口粮、2天的105毫米榴弹、2小时的120毫米迫击炮弹储备量。这点炮弹量使炮兵在面对越军即将展开的第三阶段攻势时显得有些信心不足。更糟糕的是，空投下来的炮弹损坏率越来越大，炮兵不禁纳闷——这仗还怎么打？
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5月1日黄昏，越军第45炮兵团的105毫米榴弹炮群和120毫米重迫击炮群对芒清中心区和法军炮兵阵地，以及各个法军据点进行了长达3个小时的炮火准备。这次炮击的力度远超以前，不少法军回忆称这次炮击不亚于一场地震！得益于法国远东空军送来的“礼物”，越军炮兵有了三种引信——触发引信、短延迟引信以及空爆近炸引信。在D4高地，法军第4殖民地炮兵团2营5连连部由坚固的混凝土工事构筑，而越军的炮弹竟然能贯穿进来，虽然是一发哑弹，但还是让大家惶恐不安了几个小时。在越军猛烈的炮火准备下，中心区和东部高地群的守军像逃窜的老鼠到处寻找掩蔽物。大家都在祈祷炮击能快点结束，但他们也知道，一旦炮击结束，等待他们的将是什么。
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对法军来说，当前的情况十分不利。3月血战和4月相持阶段的巨大损失，使法军在越军发起第三阶段攻势时无论在哪个据点都没法保持均衡对抗。法军每个连的平均兵力下降到80人，每个高地守军最多不超过2个连，而且士气低落，厌战情绪漫延。相比之下，越军经过4月的补充，各部队齐装满员，士气高涨，再一次充满了必胜的信念。法军唯一还能倚靠的就是炮火支援。虽然瓦扬上校手里还剩19门105毫米榴弹炮和15门120毫米重迫击炮，可法军的榴弹炮手们却在D1高地的越军无后坐力炮直瞄射击下蒙受惨重的损失，而且重迫击炮弹短缺，炮兵实力受到很大的削弱。另一方面，埃尔夫特上尉的法军第1轻骑兵团3连经过2个月不间断的苦战，已经基本丧失了战斗力。在中心区奋战的7辆M24“霞飞”轻型坦克只剩1辆还能动。无论从哪个角度来看，法军要顶住越军的第三阶段攻势其可能性都是微乎其微的。
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在艾兰防区，越军第316大团的进攻重点是C1高地。经过三周的沉默，越军又开始对C1高地实施猛烈炮击。在C1高地山脚下，越军第176团888营811连已经和法军对峙了20天。这次，他们要给4月12日反击失败报仇。战前，第316大团指示他们后退200米，给炮火准备拉开安全距离，防止误伤。但第811连连长黎文维却坚信自己的防御阵地足以承受炮弹轰击，也相信第45炮兵团的准星。他决定只把连的预备队撤下来，连主力依然隐蔽在阵地上，待炮火准备一结束就冲上C1高地。布置在D1高地的越军75毫米山炮群开炮，精确命中了C1高地的法军阵地。
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当时，守卫在C1高地上的法军是第1伞降轻步兵团2营3连（连长：勒格里中尉，兵力约80人）把守，在他们身后的C2高地则由第5越南伞兵营2连（连长：范文富中尉）负责，预备队放在了C2高地反斜面。从C1高地的前沿战壕，遭到轰击的3连可以清楚地看到越军第176团888营打出的各色信号弹交互升空。
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20点20分，越军开始炮火延伸，黎文维命令第811连冲出阵地，越过法军铁丝网，直插C1高地插旗点。不一会儿，越军的炮火和手榴弹群就吞没了法军阵地。不过，法军打得还是很顽强。811连冲在最前面的旗手战士阿胜被冲锋枪火力打倒，在离插旗点仅10米处牺牲。战士阿安接过沾满鲜血的红旗，一个冲刺就登上C1高地山顶。接着，811连主力也冲了上来。经过5分钟的战斗，811连拿下了C1高地插旗点。20点35分，法军第1伞降轻步兵团2营3连让出了C1高地山顶。瓦扬上校的105毫米榴弹炮群试图提供炮火支援，可弹着散布带太大了，效果甚微。战至21点00分，3连连长勒格里中尉头部负伤，全连伤亡30多人，剩余的50人龟缩到反斜面的交通壕。9点，他们缩编成1个加强排由莱尔上士指挥，继续抵抗。与此同时，越军第888营也紧急把预备队第1480连投入战斗，和811连一起继续冲向C1高地南坡。
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接到C1高地山顶丢失的消息，法军第1伞降轻步兵团2营营长布雷切斯少校立即命令佩里乌中尉率1连反击，结果1连还在南坡爬山，就被来自北面的迫击炮火覆盖，佩里乌中尉阵亡，1连只得在南坡和龟缩的3连会合。不久，越军第1480连和811连冲进南坡的法军阵地，双方拼起了刺刀。血战打到5月2日凌晨01点00分，法军2个连几乎全军覆灭，1连和3连只有不到20人（战前2个连合计有180人）逃回C2高地，而且全部带伤。获得胜利的越军第1480连和811连马上把缴获的铁丝网和地雷埋设在西坡，做好打敌反扑的准备。他们不知道的是，布雷切斯已经没有预备队了，除了呼叫炮兵火力对C1高地实施火力覆盖外，他只能沮丧地向德卡斯特里准将报告，C1高地于5月2日凌晨02点07分失守。
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越军第176团888营811连和1480连夺回了C1高地，赢得战役第三阶段的开门红！
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在C1高地西北，越军第312大团209团也对505高地发起攻击。把守D3高地的是谢内尔少校的泰族第2步兵营以及第3阿尔及利亚步兵团3营12连（该连曾在3月30日夜到31日凌晨的战斗中协助第4殖民地炮兵团2营4连打退了越军的进攻），进攻D3高地的是越军第209团166营（法军战史直到今天还错误地认为他们当时的对手是141团）。
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越军第312师战史对这次战斗进行了比较详细的描述：
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第三阶段作战一开始，第209团166营就进攻了505高地。这是距芒清中心区德卡斯特里指挥部1.5千米、位于东北方向的一个重要据点。505据点宽150米，纵深120米，由第6殖民地伞兵营1连据守，敌人约80人，分成3个排（2个排集中防御北面和东面9个碉堡，1个排在南面）。敌人火力配系共有4挺重机枪、2门60毫米迫击炮、1门57毫米无后坐力炮、50支冲锋枪，据点周围还有铁丝网系统，地雷工事、阵地也十分坚固，且各个相连。经过对敌情多夜的侦察，在确定了敌人各个火力点后，5月1日16点30分，第312大团开始对505据点进行炮火急袭。
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在冲击伊始，敌人从507和509据点进行激烈的侧射火力救援。到18点00分，我军虽然基本撕开了突破口，但冲击部队却遭到了敌人火力三面拦阻，进攻受挫。19点30分，步兵从各个方向同时冲锋。606连勇猛冲过了突破口，在高地上占据了一个桥头堡，往据点中心发展进攻时被敌人重机枪火力拦阻，没能成功发展。在据点西南方向，第618连的攻坚也打得十分惨烈。敌人依托工事和东南坡的迫击炮阵地对我618连冲击队形进行急袭射击，造成我多名战士伤亡。为了创造对敌进攻压倒性的冲击力，21点30分，209团166营决定把61连和363连调上来投入战斗，分割包围敌人固守的各个碉堡，然后穿插敌后打掉敌人指挥所。战至5月2日凌晨00点30分，我军完全控制了整个505据点阵地，守敌约80人被我全歼，所有武器装备均被缴获。但166营也付出了不小的伤亡，计40位同志牺牲，55位同志负伤。
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为了配合第166营的战斗，5月1日夜，第154营也攻打了505A据点。5月2日4点30分，154营和166营胜利完成任务，然后迅速在既得据点组织阵地防御系统，准备打敌反扑。
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越军战史的记载除了对法军部队番号识别错误外，战斗过程的描述基本是正确的。实际上，泰族兵和阿尔及利亚兵因为先前的表现，已经失去了法军的信任。在越军发起攻击后不久，法军第6殖民地伞兵营营长托马斯少校就从506高地把3连给派上去增援505高地。让人意想不到的是，泰族兵和阿尔及利亚兵打得非常好，他们以重大伤亡先击退了越军一次冲击。21点30分，越军投入预备队继续进行第二次冲击。由于法军炮兵实力受到极大削弱，没法给505高地提供炮火支援。双方很快陷入了肉搏。为了救援505高地，第6殖民地伞兵营2连连长埃维·特拉普中尉又让弗拉芒上士带着一个不满员的排（满编57人，现只有16人）增援。可他们也被166营吞没了。天明前，505高地法军全军覆灭，无一幸免，高地失守。
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与此同时，308大团也在防线西北发起攻击。在板桥高地展开105毫米榴弹炮群对于格特防区进行了猛烈轰击，120毫米重迫击炮也在怒吼。
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黄昏，越军对利里1号和利里2号高地分别发起攻击，但第4摩洛哥步兵团1营2个连于午夜将敌击退。利里3号高地由外籍军团混成伞兵营1个连（连长：卢希亚尼中尉）把守，他在战斗中第三次负伤，失去了一只眼仍浴血奋战。从晚上8点30分到凌晨1点50分，他们先后打退36团发动的2次进攻。大约凌晨2点30分，越军第三次冲锋，一举冲进交通壕，双方展开肉搏，在H3高地的外籍兵和利里3号高地的摩洛哥兵以及仅存的1辆坦克的全力支援下，打到天明，越军败退。
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505高地之战，209团浴血奋战打下了这个坚固的据点，全歼守敌。
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在西北方向，308大团对H3高地和利里防区只是佯攻，他们的进攻重点是法军防线西北角的H5高地。该高地守军是外籍兵团混成伞兵营2个排，指挥官是阿兰·德·斯塔本雷斯中尉，士官为布瓦布维耶准尉、诺瓦克上士、祖雷尔中士，士兵只有26名。战前，越军的堑壕就将该高地团团包围。凌晨2点，第88团突然对H5高地发起攻击。凌晨3点30分，诺瓦克电告营长，高地只剩他一个人了。88团只用了1个半小时就消灭了这个排。接到报告，驻H2高地的第2外籍军团步兵团1营约50名外籍兵试图反击，但运动过程中遭到越军炮火拦阻，被迫退回。
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2日清晨，H2高地守军震惊地发现祖雷尔和2名幸存者拖着濒死的斯塔本雷斯中尉爬回了H2高地。
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午夜刚过，德卡斯特里准将电告河内，将奠边府形势如实相告——预备队没有了，各部伤亡惨重（已无法重组，甚至缩编都没用），他急需1个成建制的伞兵营在次日夜空投。5月1日夜到2日凌晨，守军战死和失踪331人，负伤168人，伤亡人数相当于半个满编营。
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越军发起第三阶段攻势的消息传到法国，濒临绝境的守军一举一动都牵动着法国军政界的心弦，没有人愿意，更没有人希望看到奠边府失败，这已经是法国在印度支那最后一根稻草，不到最后一分钟绝不能松手！在政府的指示下，国防部再次给纳瓦尔增兵——5月2日，法国远征军总部接到通知，美国空军第62运输机联队将负责把450名法国伞兵（补充兵）从法国本土空运到越南，估计在5月7日抵达西贡（这些人大部分是刚从伞兵学校毕业未经战阵的菜鸟），但远水救不了近火。
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