向東北戰區的行軍多在雨天中進行，中國軍事顧問和越軍戰士一樣艱難跋涉。顧問團秘書王振華回憶說：
這次戰役地區靠近中國邊境，顧問團首長韋國清、梅嘉生、鄧逸凡都去了，我隨行。記得這次顧問團是在一支越軍小部隊護送下單獨向前線進發的。
行軍時天氣很不好，遇上了大雨。有一天說是預定要走18公里，我們聽了都很高興，18公里算什麼呀。早晨出發後，儘是在大山裡轉，翻過了好幾座山。中午時吃的是飯糰。下午下起雨來，道路泥濘，我們一路摔著往前走，目的地總是到不了。吃過晚飯以後天就黑了，我們只得在樹林中露宿。一片荒山野嶺，沒有人家。越軍護送分隊的戰士砍來些樹枝，找來了芭蕉葉搭成一個小篷子，讓韋、梅、鄧住進去，其實到後來韋、梅、鄧的衣服也全濕了。我們則裹著雨衣靠在樹上睡覺。那雨下了一夜，真正是涼透了心。第二天天亮我們又走，走到中午才趕到昨天預定的目的地。哪裡18公里呀！後來才弄清楚，這個18公里是越軍一位參謀在地圖上用直線距離換算出來的！
行軍中，第308師顧問王硯泉找到韋國清，提議：「最好不要進攻這個方向，因為這一帶河流成網，法軍兵艦隨時可以增援，我們不容易找到打援的地方。」韋國清告訴他：「這件事越軍總軍委已經決定，我們就不要多說了。我們在這裡當顧問，工作有一定的複雜性，我們要特別注意和越南同志搞好團結。」
戰幕拉開，最初的戰鬥和永安之戰一樣順利。越軍在1950年3月23日和24日晚間一連攻佔了蘭塔、陸內、芒內和松周四個法軍小據點，引誘法軍增援。但是法軍沒有動靜。這一帶法軍兵力薄弱，不敢輕舉妄動。越軍兩個師在紅河三角洲南部的佯攻也使塔西尼一時摸不清越軍進攻重點，所以他命令冒溪法軍堅守勿動。
越軍等了三天，戰機不至，即以第308師和第312師各一個團攻佔18號公路邊的兩個小據點秘則和長白。法軍陸軍仍然按兵不動，倒是江河艦隊出動了三艘輕型驅逐艦和兩艘小登陸艦，從水路靠近越軍，使用艦炮猛烈轟擊越軍進攻部隊，造成了越軍的傷亡。
既然法軍還是不動，越軍便再逼近一步，越軍總部命令第308師進攻冒溪小鎮，第312師攻擊冒溪煤礦。
冒溪煤礦戰鬥首先打響。第209團經偵察發現，冒溪煤礦守敵不過140餘人，遂定於28日夜間11時發起攻擊。不料前進部隊在途中受到了法軍炮火的攔截，不得不隱蔽起來等待天色完全黑下來再接近攻擊地點。到了天黑行動，經過一條小河時，炮火阻塞道路，耽擱了時間。等到第209團主力通過了阻塞區，帶路的尖兵卻迷了路，直到29日凌晨3時多才進入攻擊陣地。越軍不得不一進陣地即投入戰鬥，體力受到很大的消耗。
沒有想到，冒溪煤礦守軍頑強抵抗。外圍陣地被越軍突破後，本來就為數不多的守軍退入礦區一幢三層小樓房死戰。越軍攻擊部隊一度佔領了這座樓房的底層和第二層，守軍退到頂層，以手榴彈頂住了越軍的進攻。越軍運上炸藥爆破，但沒有炸塌樓房，退守房頂的守軍一個反擊反倒把攻進了底層和二層的越軍殺傷了不少，並將越軍趕出樓房。
天亮了，法軍的轟炸機飛來，用燃燒彈把樓房四周炸成一片火海，阻抑了越軍的攻勢。到中午，法軍一個營趕來，在坦克的支援下救出了煤礦里的守軍。
與此同時，第308師進攻冒溪鎮之戰也打得很苦。塔西尼於26日判斷出，那裡的敵人是越軍主力。但他認為該戰場狹小，不宜以大兵力出援，為此他命令增加艦隻和火炮，還有限地增派了一些傘兵。
一個營法軍傘兵冒著越軍炮火進入冒溪鎮，第308師幾番進攻都被擊退。30日凌晨2時，越軍發動最後一輪攻勢。越軍集中火炮對冒溪猛轟，潮水一樣的越軍跟隨炮火延伸發起衝鋒。小小的冒溪鎮硝煙瀰漫，越軍一度攻了進去，和法軍進行激烈的巷戰。
但是，法軍江河艦隊炮火嚴重威脅了進攻中的越軍。法軍艦隊炮兵根據白天射擊效果修正參數，在守軍呼喚下以猛烈炮火切斷了進攻越軍的聯繫，最初攻進冒溪的越軍在遭受重大傷亡後得不到及時的支援，反被法軍包圍，蒙受了損失。
夜色里，冒溪爭奪戰一度膠著。將近天亮，越軍前線指揮部調上預備隊，又向冒溪投入一個團。但是，這個團在進攻中走進了法軍江河艦隊的預設射擊陣地，在炮火中遭受了很大的傷亡。由於這個損失，越軍不得不在天明後撤出戰鬥。
越軍傷亡頗重，零星戰事持續到4月初，糧食供應也發生了問題。武元甲回憶說：
4月5日上午，我同韋國清同志交談：「敵軍不一定會派出機動部隊到這一地區，我們只好收兵。」
「同意武總意見。顧問團也認為應結束戰役。」（韋國清語）
「我軍受到了損失。」（武元甲語）
「已經掌握傷亡數字了嗎？」（韋國清語）
「參謀部門預計約2000人。近500名戰士犧牲，其中有團長1人。1500多人負傷，敵我雙方損失的比例是1:1多一點。」（武元甲語）
「戰役動用部隊2.5萬人，陣亡不到2%，不算大。許多負傷的同志還可以歸隊。」（韋國清語）
「在越南，還沒有哪次戰役有這樣大的傷亡！」（武元甲語）
「越南軍隊已轉入打大仗階段，以後還不得不受到更大的損失。法帝國主義的炮兵很厲害。」（韋國清語）
「我考慮要找出一個更有效的打擊敵人的辦法。」（武元甲語）
1951年4月5日，黃花探戰役（即東北戰役）結束。戰役給我留下了一個深刻的印象。
越軍打不下去了，只能撤出戰場；法軍兵力不足，不敢追擊。東北戰役就這樣結束。
1961年，韋國清（右）重返越南，和武元甲（左）一起在地圖前回憶當年的戰鬥
這次作戰，越軍未達成戰役意圖。原打算殲敵五個營，結果勉強打掉了敵人兩個營。越軍在指揮上有兩個明顯不足，一是戰鬥發起時沒有抓住塔西尼的猶豫，在法軍增援部隊趕到前以全力攻佔冒溪鎮，形成以逸待勞之勢。二是對法軍江河艦隊炮火的猛烈缺乏認識，進攻冒溪的傷亡主要是法軍艦炮射擊造成的。對於後一點，中國軍事顧問承認，他們也缺乏經驗，他們在長期的國內戰爭中還沒有和海軍進行過激烈的對抗。
通過這次戰役，中國顧問發現，經歷了中游戰役的法軍變得善於發現和利用越軍的弱點，依託堅固防線或據點，發揮自己在裝備上的優勢。結果，越軍一旦不能在夜間迅速結束戰鬥，法軍往往能很快集中力量猛烈反擊。這時候，如果戰場狹小，難以迂迴，越軍很容易吃虧。
第308師顧問王硯泉在回師途中對韋國清說，我們已經在平原打了兩戰，都不理想，以後不應該這樣打了。
韋國清對王硯泉說，中央派我們來，就是儘力幫助越南軍隊的，對戰役計畫雙方有不同意見的事會經常發生。對這個問題，我們應該有耐心，不要急。我們會吸取經驗，相信越方也會從戰鬥中吸取經驗。
從東北回師途中，王硯泉心情不暢，總是騎在馬上悶想。沒想到偏偏在拍馬經過一個山間曠野的時候，一架法軍戰鬥機突然從山頂那邊冒了出來。法軍飛行員發現了騎在白馬上的王硯泉，一推機頭俯衝下來，瞄準射擊。王硯泉躲閃不及，腿部中彈負傷。這使東北戰役的結果更顯得暗淡了。
東北戰役後，法軍宣稱越軍在這次戰役有3000人傷亡。越軍總部的戰役總結說，共打死打傷法軍（包括保大軍）1175人，自己的傷亡為1700餘人。從總體上看，這一仗，主要是戰役的後半段沒有打好。
為了在後方協助越軍，1951年4月初，駐守雲南的解放軍第13軍的第112團和第123團，由越軍第148獨立團配合，進剿金平、河口、馬關三縣當面中越邊境地區的土匪。這部分土匪中，有相當部分是從中國領土流竄到越南去的。中國軍隊在邊界地區連續戰鬥20餘天，殲敵500餘人。