Theo kế hoạch đã định, toàn bộ lực lượng của ta từ Phú Lộc đến Phong Điền bất ngờ tấn công vào các chi khu quân sự địch, hỗ trợ Nhân dân nổi dậy diệt ác, trừ gian, giành quyền làm chủ. Phối hợp và hỗ trợ bộ đội địa phương và dân quân du kích, lực lượng vũ trang Quân khu và Quân đoàn II nhất loạt nổ súng tiến công địch trên toàn tuyến giáp ranh ở Tây Nam, Tây và Tây Bắc Huế, làm cho chúng bất ngờ, bị động.

Chỉ trong 2 ngày (ngày 8 và 9/3/1975), quân và dân Thừa Thiên Huế nổi dậy khắp nơi từ Phú Lộc đến Phong Điền, tấn công vào 30 chi khu và phân khu của địch, đẩy quân địch vào thế bị động, hoang mang, lúng túng và thời cơ mới xuất hiện.

Đến ngày 14/3, toàn bộ quân địch ở Tây Nguyên bắt đầu rút chạy. Bộ Chính trị và Quân ủy Trung ương kịp thời chỉ đạo Mặt trận Trị Thiên Huế chớp lấy thời cơ, nhanh chóng chuyển hướng tấn công, tiêu diệt toàn bộ quân địch, giải phóng Huế và toàn bộ Trị Thiên.

Đêm 18 rạng ngày 19/3, lực lượng vũ trang của ta ở hướng Bắc đồng loạt tấn công giải phóng hoàn toàn tỉnh Quảng Trị. Địch hốt hoảng bỏ chạy vào tuyến phòng ngự Nam sông Mỹ Chánh. Ngày 20/3, Ngô Quang Trưởng - Tư lệnh Quân đoàn I của địch vội vã bay ra Huế họp cùng cấp dưới bàn "Kế hoạch tử thủ Huế". 

Đến 5 giờ ngày 21/3, tiếng súng tiến công và nổi dậy của quân và dân ta giải phóng Thừa Thiên Huế đợt 2 đồng loạt khai hỏa. Từ ba hướng: Bắc, Tây và Nam, các lực lượng vũ trang Quân khu Trị Thiên và Quân đoàn II liên tục tấn công, đập tan các tuyến phòng thủ của địch trên tuyến giáp ranh, cùng lực lượng vũ trang địa phương cắt đứt hoàn toàn đường số 1, chặn đứng đường rút chạy của địch vào Đà Nẵng, hình thành thế chia cắt, bao vây gọng kìm ép sát Huế, đánh thiệt hại nặng Sư đoàn 1 bộ binh và Lữ đoàn 147 thủy quân lục chiến của địch, chính thức mở màn chiến dịch Huế - Đà Nẵng, một trong ba chiến dịch quyết định thắng lợi của cuộc Tổng tiến công và nổi dậy mùa Xuân 1975 lịch sử.

Ngày 23/3, các mũi tấn công của quân ta từ 3 hướng, hình thành nhiều mũi bao vây kẹp chặt Huế. Ngày 24/3, vòng vây của quân giải phóng từ ba cánh Bắc, Nam và Tây chia cắt hoàn toàn quân địch, không cho chúng co cụm vào thành phố. Đường bộ bị cắt đứt, đường không bị khống chế, toàn bộ quân địch ở Thừa Thiên Huế chỉ còn một lối thoát duy nhất là rút chạy về phía cửa biển Thuận An và Tư Hiền.

Nắm được ý đồ tẩu thoát của địch, một cánh quân của bộ đội địa phương tỉnh cùng dân quân, du kích huyện Phú Lộc chủ động tiến công ra chặn cửa Tư Hiền, bộ đội đặc công K5 nhanh chóng thả thủy lôi phong tỏa cửa biển ra vào, pháo binh ta tập trung hỏa lực bắn chặn cửa biển Thuận An, không cho tàu địch vào ứng cứu và bắn cấp tập vào đội hình rút lui của địch. Ngày 25/3, các cánh quân của ta từ nhiều hướng đã hợp vây tiến vào giải phóng thành phố Huế, tiêu diệt và làm tan rã toàn bộ quân địch. Một cánh quân của ta ở phía Bắc được tự vệ và biệt động thành Huế dẫn đường đã dùng xe lam, xe đò, hon đa... nhanh chóng tiến công vào cửa An Hòa, tràn qua Tây Lộc, tiến thẳng vào Ngọ Môn. Các mũi tiến công của ta ở cánh phía Nam, phía Tây tiến vào thành phố phối hợp với quần chúng nổi dậy giành quyền làm chủ, đồng thời phát triển tiến công truy kích địch về phía Thuận An - Tư Hiền.

Sáng 26/3/1975, lá cờ giải phóng chính thức tung bay trên đỉnh cột cờ Phu Văn Lâu, đánh dấu mốc lịch sử Thừa Thiên Huế hoàn toàn giải phóng.