法軍第2集群在這天清晨趕到了永安戰區，總兵力增至1萬多人。法軍先頭部隊立即向210高地衝擊。210高地，當地老百姓稱之為「釘子山」，這個雜草叢生的山包成了當日戰鬥的焦點。
越軍和法軍幾乎同時到達釘子山腳下，越軍在山北，法軍在山南。結果越南戰士搶在北非兵前面先一步衝上山頂，一頓手榴彈把敵人砸了下去。
但是越軍的攻勢到此為止了，前線指揮員未能在有利的戰勢下發動進攻，反而打起自己並不擅長的陣地防禦戰來。法軍爭取到了喘息時間，在15日中午奪取157號高地，從側翼威脅210高地。
戰鬥主動權就此易手。16日，塔西尼指揮法軍大舉反攻，從越軍手裡奪回210高地和它東側的47號高地。法軍還利用僅有的一點時間鞏固了自己的陣地。
越軍卻選擇了這樣的時刻發動進攻。16日下午17時，越軍第308師向永安北邊幾個剛剛被法軍奪回去的高地發動猛烈進攻。戰鬥持續整整一夜，越軍戰士不怕犧牲，冒著法軍的猛烈炮火衝鋒，在激戰中一度奪取了210和157高地的中央制高點。
但這回法軍表現得也很頑強，退守到兩個高地的兩翼山腰間就不再後退。接近天亮時，法軍空軍對立足未穩的越軍進行了不間斷的轟炸，法軍甚至把運輸機都用來投彈。猛烈的凝固汽油彈轟炸和機槍掃射，造成了越軍不小的傷亡。
1951年1月17日早晨，對交戰雙方來說都至關重要。塔西尼使用了預備隊，命令第2集群的三個營投入永安以北諸高地的爭奪戰。第308師也投入了新的戰鬥力量，終因沒有空中支援，部隊傷亡太大，王承武不得不命令撤出戰鬥。但這時越軍的協調出現了問題，第308師剛剛撤出，第312師卻開始攻擊，蒙受了相當大的損失，數百名越軍戰士被俘。戰至17日中午，越軍總軍委命令撤出戰鬥。
法軍沒有追趕，因為他們自己也已經筋疲力盡。
紅河中游戰役至此結束。雙方都付出了千餘人的傷亡，越軍沒有實現戰役意圖，但法軍的損失也不小。從兵員消耗上說，越法雙方大體得失相當，打成了平手。
事後檢查，越中雙方指揮員對法軍在平原地區的作戰能力估計不足，特別是對法國空軍的作戰能力和威力估計不足，對法軍初次大量使用凝固汽油彈亦感到突然，受到轟炸時感到不知所措。另一個原因是越軍指揮員在15日的戰鬥中主動進攻的意識不足，失去了好幾個戰機。
中國軍事顧問團不得不隨同越軍總部撤下三島山。顧問團秘書王振華回憶說：「一開始我們是比較樂觀的，還在三島山度過了1951年元旦。節日那天，越軍總軍委送來了法國香檳，我們還和越軍指揮員進行了聯歡，武元甲、黃文泰還來和大家一起跳了舞。當時我們是說好了，我們既然是從三島山背後爬上來的，打了勝仗我們就從前山翻下去。沒想到最後竟是沒打好，我們不得不又從三島山背後下了山。」
具體到這次戰役指揮，中國軍事顧問的作用比較有限，越軍總軍委和顧問團團部遠離戰場，這或許也是戰役進展未能順利的另一個原因。
永安之戰使韋國清對越軍的了解加深了一步。他確信，越軍急需進行整訓，解決在戰鬥中暴露出來的問題，提高戰鬥力，以逐漸適應運動戰、攻堅戰和殲滅戰的需要。1951年1月27日，韋國清將這些想法向中共中央軍委作了報告。兩天後的1月29日，毛澤東電復韋國清：「（一）同意你提出的整訓計畫。（二）越南同志的缺點要採取耐心說服的方法，使他們能夠接受你們的意見，而不要引起他們的反感。他們現有的缺點正是中國軍隊在幼年時期所曾經有過的，並不足怪，只有用說服的方法幫助他們，在長期鍛煉中才能使他們逐步改進。」
接到這個電報，韋國清心裡踏實多了。