この時点で、360日前に成長を始めた卵胞群の大部分は既に死んでいる。この卵胞死の過程を閉鎖と言い、これは全ての構成細胞と卵母細胞による過剰なアポトーシスに特徴づけられる。しかしながら何が閉鎖の原因となっているかは知られておらず、高濃度のFSHにはこれを阻止する効果がある。12回目の月経周期の黄体の退行によって下垂体のFSHが上昇したことで、13回目へは5つから7つのclass 5の卵胞が選ばれ、13回目の卵胞期へ入る。選ばれた複数の卵胞が成長を誘起するFSHを互いに競争する。エストラジオール、そして後にインヒビンが分泌されFSHを抑制し始める。受容体総数の少ない卵胞はこれの欠乏を乗り切ることができずに、それらは成長の遅延を見せ閉鎖してしまう。最終的にたったひとつの卵胞が生き残る。この残った卵胞を主席卵胞（dominant follicle）と呼び、迅速に成長して一気に直径20mmに達し排卵前段階となる。class 6卵胞は直径およそ10mm、class 7はおよそ16mm、class 8は20mmである。主席でない卵胞がclass 5以上に成長することはよくあるが、class 8以上は稀である。注：多くの資料が卵胞成長の速度を誤っており、いくつかは原始卵胞が排卵前段階へ至るまでたった14日であると示すものもある。全ての場合、月経の卵胞期は胞状卵胞の選択とその後の排卵前卵胞への成長までを意味する。
当時、ベトナム民主共和国人民軍（ベトミン軍）は、ディエンビエンフーに第148独立歩兵連隊を駐屯させていた。同連隊は精鋭として知られていたものの、カストール作戦当日に4個大隊中3個が同地を離れていたため、積極的な戦闘を行えなかった。しかし、ベトミン軍を率いるヴォー・グエン・ザップ（武元甲）はこの攻撃を予期しており、ただちに対応行動を開始した。ザップは状況を検討し、適切な圧力を加えることで、フランス軍はライチャウ省を放棄し、ディエンビエンフーにおいて会戦を試みるであろうとの結論に達した。この観測に基づき、11月24日、第148独立歩兵連隊および第316師団はライチャウを、第308、312、351師団はディエンビエンフーを攻撃するよう命令を受けた。ライチャウにおける攻撃は11月末から開始されたが、第316師団の到着は、トンキン軍管区司令官（ルネ・コニー少将）に対し、同地の放棄を決心させる決定的な根拠となった。12月9日、フランス軍守備隊は同地から撤退してディエンビエンフーを目指したが、その途上においてベトミン軍の大規模な攻撃を受けて壊乱し、2,100名中、ディエンビエンフーに到着できたのはわずか185名のみであった。一方、ディエンビエンフーにおいては徐々に包囲網が形成されており、12月末、偵察中の第1外人落下傘大隊（1st BEP）が初めてベトミン軍の待ち伏せ攻撃に遭遇した。以後、交戦の頻度が増加し、12月28日には状況視察中であった参謀長が砲火を集中されて戦死するに至った。ベトミン軍はソ連・中華人民共和国から大量の武器・弾薬の援助を受け、昼夜兼行の人海戦術を用いて大砲・ロケット砲・対空火器を山頂に引き上げ、要塞を見下ろす位置に設置、密かに要塞を包囲していった。また、各師団は主として夜間の徒歩行軍で集結しつつあり、総攻撃までに、歩兵27個大隊、105mm砲20門、75mm砲18門（攻撃中に増勢し、最終的に80門となる）、12.7mm対空機銃100丁、迫撃砲多数が集結した。攻撃に参加したのは総兵力7万名で5個師団、補給物資も多量に集積され、その備蓄は105mm砲弾だけでも15,000発に達していた。供与された武器の中には、接収した大日本帝国陸軍の山砲も含まれており、活用されたと言われる。補給にはシクロが活用され、一台あたり300キログラムに達する貨物を輸送した。また山中機動においては、重火器類も分解され、人力担送された。1954年1月31日からベトミン軍による散発的な砲撃が開始された。陣地は巧みに秘匿されており、射撃位置を発見することは極めて困難であった。また、フランス軍の偵察隊はほぼ全周において敵陣地と接触し、今や同市が包囲されていることが明らかとなった。本格的な攻撃は3月13日から開始され、以後、56日間に亘って包囲戦を展開した。ディエンビエンフー本体より北東方のベアトリス(Beatrice)陣地、続いて最北方のガブリエラ(Gabrielle)陣地がそれぞれ夜間攻撃を受けて陥落。フランス側は反攻を組織し、戦車小隊を含む部隊をそれぞれ送ったが奪回はならなかった。続いて、ベトナム側は塹壕をフランス側陣地の周囲に巡らし、最南方のイザベル(Isabelle)陣地とディエンビエンフー本体との間の交通を遮断した。この頃には北西方のアンヌ＝マリー(Anne-Marie)陣地からはフランス軍のベトナム人兵士の脱走が相次ぎ、フランス側は止むをえず拠点を放棄して後退。その後はディエンビエンフー本体を見下ろす東側丘陵でもベトナム側が優位に戦いを進めた。フランス側では滑走路が破壊されていたため、物資の補給を空路からのパラシュート投下に依存していたが、ベトナム側の対空砲火や天候不順のためなかなか届かない状況で次第に後退を重ねていった。過少な投入兵力に悩むフランス軍は低地に小さく全周陣地を作ったため、雨季に入ると腰まで泥水につかる劣悪な環境を忍びつつ懸命に陣地構築に勤めたが、各陣地は決戦に備えて大量に養成されていた人民軍正規部隊の擲弾兵による突撃と機関銃掃射に晒され、滑走路の破壊と喪失に伴う物資の途絶に悩まされ、植民地出身兵士の多くが戦意を喪失し、5月7日に要塞は陥落した。2万人強のフランス軍部隊のうち、少なくとも2,200人が戦死し、1万人以上が捕虜となった。10万人以上とみられる人民軍のうち、8,000人が戦死し、15,000人が負傷した。