Trong đợt 1 của chiến dịch, sau khi tiêu diệt vị trí Gia Phù, ngày 17 và 18/10/1952, các cánh quân của Đại đoàn 308 lần lượt tấn công và tiêu diệt hoàn toàn 2 vị trí Nghĩa Lộ đồi và Nghĩa Lộ phố
Chiến dịch Tây Bắc diễn ra từ ngày 14/10 đến 10/12/1952, với sự tham gia của: các Đại đoàn 308, 312, 316 (thiếu), Tiểu đoàn 910 (Trung đoàn 148), 6 đại đội Sơn pháo 75 ly, 3 đại đội súng cối 120 ly, 1 trung đoàn công binh và 11 đại đội bộ đội địa phương thuộc các tỉnh: Yên Bái, Sơn La, Lai Châu, Lào Cai. Khoảng 35.000 dân công được huy động phục vụ chiến dịch.
Để giữ bí mật hướng chiến dịch, “vượt qua” hệ thống tình báo theo dõi của quân Pháp, Bộ Chính trị, Tổng Quân ủy và Bộ Tổng Tham mưu của ta đã chỉ đạo các địa phương, đơn vị làm tốt công tác phòng gian, bảo mật; đồng thời tổ chức kế hoạch nghi binh rất chu đáo, chặt chẽ. Theo đó, ta đưa một bộ phận quân chủ lực (Đại đoàn 320, Đại đoàn 304) cùng một số đại đội trinh sát của Bộ về tăng cường hoạt động ở Hà Nam, Nam Định, Ninh Bình. Các đại đoàn trực tiếp tham gia chiến dịch Tây Bắc (308, 312, 316) đứng chân ở trung du Bắc Bộ được lệnh cơ động về Tây Bắc, để lại hệ thống điện đài thường dùng nguyên vị trí cũ và phát sóng theo phiên thường lệ... Hoạt động nghi binh đó của ta đã “đánh lừa” được Bộ chỉ huy quân Pháp.
Chúng nhận định các Đại đoàn 308, 312, 316 của ta “án binh bất động” ở trung du Bắc Bộ và phán đoán hướng tiến công chủ yếu của ta trong Thu Đông 1952 là đồng bằng Bắc Bộ và tìm cách chuẩn bị đối phó. Khi ta nổ súng chiến dịch Tây Bắc, quân Pháp rất bất ngờ, nhanh chóng rơi vào tình thế bị động, lúng túng và chịu thất bại. Đây cũng là nét đặc sắc về nghệ thuật nghi binh tài tình của ta.