Vũ Xuân Thiều
Hạ B-52

Theo tin tình báo, đêm 28 tháng 12, lúc 21 giờ 30 phút đến 23 giờ 50 phút, sẽ có 50 lần/chiếc Boeing B-52 Stratofortress vào đánh phá Hà Nội, Hải Phòng. Bộ Tư lệnh Không quân yêu cầu tất cả các sở chỉ huy và các đơn vị trực chiến phải theo dõi chặt chẽ và sẵn sàng cất cánh chiến đấu. Trong khi đó, phi công Vũ Xuân Thiều trực ban chiến đấu tại sân bay Cẩm Thủy; phi công Đinh Tôn trực ban chiến đấu ở sân bay Nội Bài đã sẵn sàng. Ngày 28 tháng 12 năm 1972, lúc 21 giờ 41 phút, Vũ Xuân Thiều được lệnh cất cánh từ sân bay dã chiến Cẩm Thủy, Thanh Hóa (người trực chỉ huy tại sân bay Cẩm Thủy là Đại tá phi công Hoàng Biểu, một trong những phi công bay đêm dày dạn kinh nghiệm).
Lúc 21 giờ 52 phút, Sc B-1 (Thọ Xuân) lệnh Thiều vòng phải, bay hướng 360°, thông báo mục tiêu phía trước 50°, cự ly 15 km, nhưng do nhiễu quá nặng, Vũ Xuân Thiều vẫn chưa phát hiện được mục tiêu. Lúc này tại sở chỉ huy, sĩ quan dẫn đường trên hiện sóng ra đa Trần Xuân Mão, bằng kinh nghiệm của mình đã phát hiện chấm trắng đục giữa nền nhiễu, anh khẳng định đó là B-52, chúng đã đổi hướng, bay ngược lên Sơn La rồi mới vòng xuống đánh phá Hà Nội. Sở chỉ huy lập tức lệnh Thiều vòng phải gấp, bay hướng 90°, qua Sầm Nưa, lên hướng Bắc đuổi theo tốp B-52 đang bay về hướng Nà Sản, Sơn La.
Lúc 21 giờ 58 phút, khi đến Sơn La, Vũ Xuân Thiều phát hiện mục tiêu, anh lập tức báo cáo và tăng tốc độ bám sát. Trong bầu trời tối đen, ra đa lại bị nhiễu rất nặng nên rất khó phán đoán cự ly, Thiều phán đoán cự ly bằng mắt, theo tín hiệu đèn hàng hành của B-52. Lúc này tại sở chỉ huy tiền phương, Phó Tư lệnh Trần Mạnh nhắc: "046 bật công tắc bắn cả loạt, kiên quyết tiêu diệt địch". Phi công Vũ Xuân Thiều trả lời: "046 nghe rõ!". Ông đã phóng cả hai quả tên lửa nhưng chưa hạ được nó. Ông liền tăng tốc đâm thẳng vào chiếc B-52 còn mang đầy bom chưa ném. Cũng có tài liệu khác cho rằng do tấn công từ cự ly quá gần nên ông đã thiệt mạng do máy bay va vào mảnh vỡ của chiếc B-52 đang cháy. Đây là chiếc B-52 thứ hai bị hạ bởi Không quân Nhân dân Việt Nam.
Tuy nhiên, tài liệu của phía Mỹ không ghi nhận chiếc B-52 này bị rơi. Mặt khác, họ còn cho rằng chiếc Mikoyan-Gurevich MiG-21 của Vũ Xuân Thiều đã bị bắn rơi trước khi kịp tiếp cận với B-52, sau khi hứng chịu 3 tên lửa AIM-7 Sparrow từ 2 chiếc F-4D của Không quân Mỹ. Một trong những chiếc F-4 được điều khiển bởi Thiếu tá Harry McKee và Đại úy John Dubler.
Tối 27 tháng 12 năm 2012, nhân kỷ niệm 40 năm ngày hi sinh của phi công Vũ Xuân Thiều, Thiếu tướng Phạm Ngọc Lan (người được cử lên địa điểm nơi Thiều hạ B-52 đêm 28 tháng 12 năm 1972) đã kể lại: "... Ngay tối 28 tháng 12 năm 1972, lúc khoảng 12 giờ đêm, tôi nhận được điện từ sở chỉ huy giao dẫn đầu đoàn cán bộ lên địa điểm nơi phi công Vũ Xuân Thiều bắn rơi B-52 tại Sơn La để nắm và xác minh tình hình. Khi đến nơi, tôi có gặp các chiến sĩ bộ binh đóng quân tại khu vực, mọi người đều nói tối hôm qua thấy hai bó lửa rất to bùng cháy và rơi xuống. Đứng trên đồi chúng tôi nhìn thấy xác B-52 cháy sém một phía, phía bên kia quả đồi là xác chiếc MiG màu ánh bạc. Chúng tôi còn nhặt được hai mảnh xác máy bay MiG và B-52 găm vào nhau, đó là dấu hiệu cho thấy máy bay của Thiều đã lao vào chiếc B-52. Tôi lập tức điện về báo cáo tình hình cho Bộ Tổng tham mưu và Quân chủng Phòng không - Không quân: "Chúng tôi đã đến hiện trường, sờ được xác máy bay B-52, chính xác Vũ Xuân Thiều đã bắn rơi ở cự ly gần và lao vào chiếc B-52, tôi sẽ mang hai mảnh xác máy bay găm vào nhau về báo cáo". Với kinh nghiệm nhiều năm chiến đấu và chỉ huy chiến đấu, tôi linh cảm rằng trong giây phút cuối cùng Vũ Xuân Thiều đã quyết tử để quyết tâm tiêu diệt B-52".