Sau thất bại ở Bình Giã năm 1964 báo hiệu chiến lược Chiến tranh đặc biệt của Mỹ có nguy cơ thất bại, đến trận Đồng Xoài, Ba Gia mùa Hè năm 1965, chiến lược Chiến tranh đặc biệt bị phá sản hoàn toàn.
Để cứu vãn tình thế, đế quốc Mỹ đã đẩy nhanh việc đưa ồ ạt quân Mỹ và quân các nước phụ thuộc Mỹ vào miền Nam nước ta tiến hành chiến lược “Chiến tranh cục bộ” với mục tiêu “Tìm diệt - Bình định - Đánh gãy xương sống Việt cộng”.
Tháng 10/1965, Bộ Tư lệnh quân đội Mỹ bố trí Lữ đoàn 3, Sư đoàn 1 bộ binh Mỹ lên chiếm đóng Lai Khê. Đầu tháng 11, Lữ đoàn 3 đưa 2 tiểu đoàn lên đóng chốt ở Bầu Bàng chuẩn bị phối hợp cùng với quân đội Sài Gòn mở cuộc hành quân càn quét vùng giải phóng, để giải tỏa và tiếp tế cho Dầu Tiếng. Ở khu vực Bầu Bàng - Dầu Tiếng, có Sư đoàn 1 bộ binh Mỹ (sư đoàn "Anh cả đỏ") và Trung đoàn 7, thuộc Sư đoàn 5 quân đội Sài Gòn, chúng đang trong tư thế ra quân "tìm và diệt" trong chiến lược "Chiến tranh cục bộ" của Mỹ. Đây là những nước đi đầu tiên của Mỹ để giành lại thế chủ động trên chiến trường.
Về phía ta, Bộ Tư lệnh Miền quyết định mở chiến dịch tiến công Bầu Bàng - Dầu Tiếng, nhằm tiêu hao sinh lực, phá kế hoạch hành quân "tìm diệt" của địch, phối hợp với chiến trường toàn Miền chống chiến lược “Chiến tranh cục bộ” của Mỹ. Bộ Tư lệnh chiến dịch gồm các đồng chí: Lê Trọng Tấn làm Tư lệnh, Hoàng Cầm làm Tư lệnh phó, Tham mưu trưởng. Lực lượng tham gia chiến dịch gồm Sư đoàn bộ binh 9; 1 tiểu đoàn bộ đội địa phương tỉnh Bình Dương và du kích Bầu Bàng, Đồng Sổ cùng nhân dân trong địa bàn.
Tháng 10/1965, Bộ Tư lệnh chiến dịch đã cho triển khai phương án tiến công khu Dầu Tiếng để kéo viện ra diệt; chuẩn bị chiến trường ở cả hai khu vực dự kiến đánh địch. Vũ khí trang bị đã được bổ sung đầy đủ. Công tác giáo dục chính trị được tiến hành chu đáo, chuẩn bị tốt tư tưởng quyết tâm đánh với quân Mỹ.
Trong khi ta đang gấp rút chuẩn bị chiến trường, đêm 11/11, địch đưa 2 tiểu đoàn quân Mỹ xuống Nam ấp Bầu Bàng chuẩn bị mở cuộc hành quân càn quét vùng giải phóng và hỗ trợ cho quân đội Sài Gòn ở Dầu Tiếng.
Trước tình hình đó, Bộ Tư lệnh chiến dịch quyết định nổ súng tiến công tiêu diệt 2 tiểu đoàn quân Mỹ có pháo binh và cơ giới đi cùng ở khu vực Bầu Bàng và Đồng Sổ. Sư đoàn 9 nhanh chóng hình thành các hướng mũi tiến công địch: Hướng đột kích chủ yếu là từ phía Đông xuống, mũi vu hồi từ phía Nam lên, mũi chia cắt đánh từ Tây sang Đông. Vừa nhận lệnh vừa hành quân, tổ chức nắm địch, các đơn vị đã nhanh chóng đưa bộ đội vào chiếm lĩnh trận địa, hình thành thế bao vây khu vực địch trú quân.
Mờ sáng ngày 12/11, quân ta bất ngờ tiến công địch ở Bầu Bàng. Sau gần 3 giờ chiến đấu (từ 5 giờ đến 8 giờ 30 phút), quân ta làm chủ trận địa, rồi lợi dụng rừng cao su rút về vị trí an toàn. Khi đó máy bay B52 mới đến ném bom xuống trận địa.
Kết quả, ta đánh thiệt hại nặng hai tiểu đoàn bộ binh, 1 chi đoàn thiết giáp Mỹ và nhiều vũ khí trang bị. Đây là trận đầu tiên ta tập kích vào quân Mỹ giữa ban ngày và cũng là trận then chốt mở màn chiến dịch đạt hiệu suất cao.
Sau trận Bầu Bàng, Sư đoàn 9 cơ động lực lượng về khu vực Dầu Tiếng, sẵn sàng đánh địch càn quét. Ngày 21/11, Tiểu đoàn 4 vận động phục kích địch trên đường Căm Xe - Dầu Tiếng, phá 20 xe và diệt gần 100 tên Mỹ. Cùng ngày trung đoàn 3 tập kích địch ở làng 10 đánh thiệt hại 1 tiểu đoàn, phá 26 xe.
Ngày 26/11, trên khu vực phía bắc Dầu Tiếng, Chiến đoàn 7 quân đội Sài Gòn dừng lại trú quân dã ngoại ở khu vực Làng 8. Trung đoàn 1, Sư đoàn 9 nhận lệnh tập kích chiến đoàn này. Sáng 27/11, trung đoàn sử dụng cả 3 tiểu đoàn và lực lượng tăng cường hình thành 3 hướng tiến công Chiến đoàn 7 trong rừng cao su của đồn điền Mít-sơ-lanh. Trận đánh diễn ra quyết liệt và kéo dài tới quá trưa. Ta tiêu diệt gần hết Chiến đoàn 7, Sư đoàn 5 quân đội Sài Gòn, bắt 700 tù binh, trong đó có trung tá trung đoàn trưởng, bắn cháy 2 máy bay, thu 220 vũ khí các loại, 22 máy thông tin. Đây là trận then chốt thứ hai thắng lợi, kết thúc chiến dịch.
Kết quả chiến dịch làm thiệt hại nặng Lữ đoàn 3, Sư đoàn 1 Mỹ và Chiến đoàn 7 quân đội Sài Gòn, loại khỏi chiến đấu hơn 4.000 địch, phá hủy 10 khẩu pháo và cối, hơn 100 xe quân sự, bắn rơi 2 máy bay. Đây là chiến dịch tiến công đầu tiên của lực lượng vũ trang miền Đông Nam Bộ vào đối tượng quân Mỹ.
Thắng lợi của chiến dịch Bầu Bàng - Dầu Tiếng có ý nghĩa rất quan trọng. Ta đã bẻ gãy một cánh quân địch càn vào vùng căn cứ của ta, đánh một đòn đau vào Lữ đoàn 3, Sư đoàn 1 bộ binh Mỹ được mệnh danh là “Anh cả đỏ”, một đơn vị thiện chiến nhất; ý chí, tinh thần chiến đấu của lính Mỹ bắt đầu giảm sút nghiêm trọng.
Nét phát triển của nghệ thuật chiến dịch này chính là giành và phát huy quyền chủ động tiến công suốt từ đầu đến cuối chiến dịch, tập trung lực lượng đánh trận then chốt và khả năng đánh tiêu diệt lớn từng đơn vị địch của quân đội giải phóng miền Nam Việt Nam trong kháng chiến chống Mỹ.
Chiến dịch Bầu Bàng - Dầu Tiếng là thành công nổi bật của nghệ thuật chỉ đạo vận dụng chiến thuật trong chiến dịch tiến công. Lần đầu tiên ta sử dụng lực lượng tập trung (sư đoàn thiếu) vào một trận tập kích với điều kiện thời gian chuẩn bị chiến đấu gấp, đánh ban ngày với đối tượng mới là quân Mỹ. Chiến dịch giành thắng lợi là nguồn cổ vũ cho quyết tâm đánh Mỹ và thắng Mỹ của quân và dân ta.
