Chiến dịch Trần Hưng Đạo
Diễn biến đợt 2 > Vòng vây Vĩnh Yên

Bài chi tiết: Trận Vĩnh Yên
Đêm 12 tháng 1, trên hướng thứ yếu ở Bắc Bắc, Trung đoàn 98 dưới sự chỉ huy của Trung đoàn trưởng Vũ Mạnh Hùng và Trung đoàn 174 dưới sự chỉ huy của Trung đoàn trưởng Đặng Văn Việt và Chính ủy Chu Huy Mân nổ súng trước. Trung đoàn 174 tiêu diệt đồn Đồng Kế. Trung đoàn 98 đánh Cẩm Lý không thành công.
Đêm 13, trung đoàn 141 tấn công Bảo Chúc, vị trí cách Vĩnh Yên 11 km về phía Tây Bắc. Trận đánh kết thúc vào trưa ngày 14.
Sáng ngày 14, Binh đoàn cơ động số 3 (GM3) cho quân lên cứu Bảo Chúc. Tiểu đoàn Mường tới Thủy An thì bị trung đoàn 209 chặn đánh, lui về Cẩm Trạch. Các tiểu đoàn khác cũng bị chặn đánh, Paul Vanuxem buộc phải lui về Vĩnh Yên cố thủ.
Đêm ngày 14, Cơ quan tham mưu của Quân đội Nhân dân Việt Nam bắt được bức điện của Vanuxem gửi Salan: "Vĩnh Yên est pratiquement encerclé" (Vĩnh Yên thực sự bị bao vây).
Nửa đêm, Đại tướng Võ Nguyên Giáp điện cho chỉ huy Lê Trọng Tấn và Vương Thừa Vũ, hỏi liệu có thể điều ngay 1 trung đoàn đánh vào Vĩnh Yên, nhưng cả hai đại đoàn đều không nắm được các đơn vị đang vận động nên xin cho đánh vào đêm 15. Cơ hội đã bị bỏ qua.
Ở hướng phối hợp: Đại đoàn 320 diệt 9 vị trí nhỏ trên đường số 11 Sơn Tây - Trung Hà, tiêu diệt 1 đại đội Âu Phi, thu 1 khẩu pháo. Đại đoàn 304 tiêu diệt 6 vị trí nhỏ ở Ninh Bình. Bộ đội địa phương 5 tỉnh trung du phối hợp tác chiến từ ngày 20 tháng 12 năm 1950 đến ngày 11 tháng 1 năm 1951 thu được một số kết quả. Riêng bộ đội địa phương ở Vĩnh Tường tiêu diệt 1 đồn, 9 tháp canh, bức rút vị trí Chợ Vàng mà trong đợt 1, trung đoàn 209 đánh hai lần không thành công.
Tại Hà Nội, Raoul Salan là chỉ huy Bắc Kỳ thay thế Boyer de Latour mà De Lattre cho về Pháp nghỉ. Ông ta lập tức điều Binh đoàn cơ động số 1 do Trung tá André Erulin và Đại tá Edon chỉ huy, tiến lên Phúc Yên để thọc vào sườn Quân đội Nhân dân Việt Nam, và một tiểu đoàn dù nhảy xuống Đồng Đau cách Vĩnh Yên 5 km.
De Lattre lập tức bay từ Sài Gòn ra Hà Nội, chỉ thị cho Salan và Redon tới Vĩnh Yên, quyết định tung binh đoàn cơ động số 2 (GM2) từ Lục Nam vào Vĩnh Yên, ra lệnh cho Tham mưu trưởng Jacques Allard lấy 5 tiểu đoàn từ Nam Bộ đưa ra Bắc. Sau đó, De Lattre chỉ thị cho Đại tá Alain de Maricourt chỉ huy không quân sử dụng bom napalm Hoa Kỳ vừa cập cảng Hải Phòng và huy động toàn bộ máy bay dội bom vào các đơn vị Quân đội Nhân dân Việt Nam tại Vĩnh Yên. Đây là lần đầu tiên bom napalm được sử dụng ờ Đông Dương.
Lo sợ Vĩnh Yên chỉ là nghi binh để mở cuộc tiến công từ Tam Đảo về Hà Nội, De Lattre ra lệnh tập trung một lực lượng bộ binh quan trọng và xe tăng do André Beauffre chỉ huy, án ngữ tại mạn Bắc thành phố về phía cầu sông Đuống.
Sáng ngày 15, GM1 tiến lên Vĩnh Yên thì gặp phải trận địa của Trung đoàn 102 ở Ngoại Trạch (Bình Xuyên), Khai Quang, Mậu Thông (Tam Dương), bị đánh bật cánh trái, lui về Hương Canh. Các đơn vị Quân đội Nhân dân Việt Nam thực hiện chia cắt, bao vây 2 đại đội của Tiểu đoàn 3 Trung đoàn 1 bộ binh Algérie. GM1 lâm vào tình thế chống đỡ, quân Pháp sử dụng máy bay ném bom napalm vào đội hình Quân đội Nhân dân Việt Nam. Lần đầu gặp bom napalm, bộ đội Quân đội Nhân dân Việt Nam chưa biết cách ứng phó, nhiều người bị chất xăng cháy bám vào, nhảy xuống nước ngâm mình, đến lúc lên bờ gặp không khí lại vẫn bốc cháy. Ngày hôm đó, máy bay Pháp xuất kích 70 lần, quân Pháp phản công, mở đường về Vĩnh Yên nhưng suốt ngày vẫn không tiến được quá 1 km.
Đến chiều tối, Binh đoàn cơ động số 1 (GM1) mới tới được thị xã Vĩnh Yên. Lúc 4 giờ 30 chiều, một chiếc máy bay chở De Lattre và Salan tới Vĩnh Yên. Đến tối, vì phải cứu chữa thương binh nên Quân đội Nhân dân Việt Nam giãn bớt vòng vây.
Đêm 15, sáng 16 tháng 1 năm 1951, Binh đoàn cơ động số 1 (GM1) và Binh đoàn cơ động số 3 (GM3) chia làm 3 hướng đánh chiếm núi Đanh - dải núi đất chạy dài ở phía bắc và Đông Bắc thị xã Vĩnh Yên 6–7 km.
Bộ chỉ huy Việt Nam nhận thấy thị xã Vĩnh Yên đã được củng cố, còn những điểm cao ngoài thị xã mới bị chiếm đều chưa có công sự vững chắc nên đã bỏ phương án tiến công Vĩnh Yên, chuyển hướng tập trung lực lượng tiến công núi Đanh.
13 giờ 30, ngày 16 tháng 1, các đơn vị Quân đội Nhân dân Việt Nam xuất kích. Trung đoàn 209 chiếm các Điểm cao 70, 103. Lúc 5 giờ chiều, Trung đoàn 36 dưới sự chỉ huy của Trung đoàn trưởng Phạm Hồng Sơn chiếm Điểm cao 157. Sau đó trung đoàn 209 chặn đánh một cánh quân của GM3 từ Vĩnh Yên lên khiến cho cánh quân này phải lùi về thị xã. Ngày 16, 2 Đại đoàn 308 và 312 mở cuộc tiến công lớn, các trận đánh lớn diễn ra ở Điểm cao 101 và 210 (Núi Đanh), quân Pháp phải dùng máy bay ném bom hỗ trợ. Quân đội Nhân dân Việt Nam dùng tối đa cách đánh giáp lá cà giành được thắng lợi lớn.
Sáng ngày 17 tháng 1, Quân đội Nhân dân Việt Nam chiếm Điểm cao 101, đánh thiệt hại nặng một Tiểu đoàn Maroc, nhưng lực lượng đã bị tiêu hao nhiều. Chiến sự ở Điểm cao 210 không đạt kết quả.
Lúc 2 giờ sáng ngày 18 tháng 1 năm 1951, Bộ chỉ huy Việt Nam hạ lệnh kết thúc chiến dịch. Tổng cộng Pháp đã tung vào trận địa Vĩnh Yên 10.000 người, bắn 50 ngàn phát đại bác 105 ly, 200 ngàn phát sơn pháo 75 ly, không quân xuất trận 250 lần ném bom napalm. Pháp thiệt hại khoảng 760 người vừa chết, vừa bị thương, vừa mất tích.