Sau khi kết thúc thắng lợi đợt 2 chiến dịch, tiêu diệt địch ở yếu khu Bù Na, đánh chiếm các chi khu Bù Đăng, Bù Đốp, Đồng Xoài và giải phóng hoàn toàn đường 14, cô lập địch ở thị xã Phước Long, ngày 28.12.1974, Bộ tư lệnh Chiến dịch quyết định tiếp tục triển khai đợt 3 nhằm giải phóng toàn bộ tỉnh Phước Long, tạo địa bàn chiến lược uy hiếp hệ thống phòng thủ của địch ở phía bắc Sài Gòn. Khu vực phòng thủ của địch ở Phước Long mỗi chiều rộng khoảng 8 km; phía đông và bắc giáp sông Bé, phía nam và đông nam là các đường vòng cung 309, 310, 311 chạy vòng chân núi Bà Rá; phía tây thị xã là dãy điểm cao 277, 250, 242 và 200; phía tây nam là khu Sơn Giang, suối Dung, hồ Long Thuỷ. Địch tổ chức phòng thủ dựa trên thế chân kiềng của 3 cụm quân chủ yếu ở thị xã Phước Long - chi khu Phước Bình - cao điểm Bà Rá; trong 3 mục tiêu trên, thị xã Phước Long là quan trọng nhất và cũng là nơi địch có thế bố trí vững chắc nhất (thị xã dựa lưng vào sông Bé, phía trước có núi Bà Rá và chi khu Phước Bình án ngữ). Ngoài ra, trên khu vực này địch còn có nhiều căn cứ, kho tàng, trận địa pháo và sân bay (Phước Bình); phía đông và đông bắc là các điểm cao (223, 243), hình thành tuyến ngăn chặn các đợt tiến công từ xa của ta. Lực lượng địch gồm Tiểu đoàn 1 (Chiến đoàn 7), 3 tiểu đoàn bảo an (340, 362 và 363), 1 chi đội thiết giáp, lực lượng cảnh sát, dân vệ và bộ máy chính quyền tỉnh; trong tác chiến còn được tăng cường 2 đại đội biệt kích dù và được không quân chi viện. Địch bố trí lực lượng chủ yếu: Tiểu đoàn 362 (thiếu) chốt ở phía tây thị xã Phước Long, Tiểu đoàn 340 (thiếu) và 1 chi đội M113 ở thị xã; 1 đại đội của Tiểu đoàn 340 ở chi khu Phước Bình, Tiểu đoàn 363 (thiếu) ở núi Bà Rá, Tiểu đoàn 1 (Trung đoàn 7) ở chân núi bắc sân bay Phước Bình. Pháo binh địch có 10 trung đội (4 trung đội) ở thị xã Phước Long và 1 trung đội ở Phước Bình. Nhìn chung lực lượng địch trong khu vực còn khá mạnh, bố trí tương đối liên hoàn (kể cả dân vệ, cảnh sát), nhưng tinh thần chiến đấu đã biểu hiện hoang mang, dao động (3/4 số các tiểu đoàn ở đây đã từng bị ta đánh bại).
Lực lượng ta gồm 6 trung đoàn bộ binh: trung đoàn 165, 141 (Sư đoàn 7), trung đoàn 271, 201 (Sư đoàn 3), Trung đoàn 16 (thiếu) và Trung đoàn 2 (Sư đoàn 9); ngoài ra được tăng cường Tiểu đoàn Đặc công 79 (Trung đoàn 429), 1 tiểu đoàn và 1 đại đội xe tăng, 2 tiểu đoàn công binh, 2 tiểu đoàn pháo binh, 5 tiểu đoàn pháo phòng không. Kế hoạch bố trí, sử dụng lực lượng như sau: hướng tiến công chủ yếu tây nam (theo đường 310 từ Phước Bình đi thị xã Phước Long) do các trung đoàn 165, 141 (Sư đoàn 7) đảm nhiệm. Hướng tiến công thứ yếu hướng đông (theo đường 309 - ngã ba Tư Hiền 2) do Trung đoàn 271 (Sư đoàn 3) đảm nhiệm. Hướng bao vây: hướng bắc do Trung đoàn 16 (thiếu) đảm nhiệm: hướng tây bắc do Trung đoàn 201 (Sư đoàn 3) đảm nhiệm. Trung đoàn 2 (Sư đoàn 9) làm lực lượng dự bị. Trận đánh diễn ra qua 2 đợt.
Đợt 1 (31.12.1974-1.1.1975), tiêu diệt địch ở chi khu Phước Bình, Bà Rá, bẻ gãy thế chân kiềng, áp sát hình thành thế bao vây thị xã Phước Long. Sáng 31.12, trên hướng chủ yếu, Trung đoàn 165 được tăng cường Tiểu đoàn 3 (Trung đoàn 141), 4 xe tăng, 1 trung đội pháo 105 mm, 1 trung đội pháo 85 mm, tiến công chi khu Phước Bình. Địch dùng pháo binh bắn chặn các mũi tiến công của ta và phản kích quyết liệt, đẩy Tiểu đoàn 5 (mũi tiến công thứ yếu) ra ngoài, đồng thời địch điều Tiểu đoàn 1 từ núi Bà Rá đánh vào sườn Tiểu đoàn 4 (mũi tiến công chủ yếu) của ta. Trước tình hình đó, Trung đoàn 165 quyết định đưa Tiểu đoàn 6 và phân đội xe tăng vào tăng sức mạnh đột kích, đồng thời tổ chức một lực lượng bảo vệ sườn cho mũi tiến công chủ yếu; tổ chức Tiểu đoàn 5 vòng theo cửa mở của Tiểu đoàn 3 vào tiến công địch. Kết hợp giữa lực lượng bên trong và bên ngoài, quân ta nhanh chóng chia cắt, lần lượt đánh chiếm các mục tiêu và đánh bại các đợt phản kích của địch; đến 15 giờ cùng ngày ta làm chủ chi khu. Tận dụng thời cơ trên hướng chia cắt, Trung đoàn 141 tổ chức tập kích một loạt chốt của địch ở Nhân Hoà, An Lương. Trên hướng vu hồi, Tiểu đoàn 208 địa phương tiến công chiếm chốt Thác Cơ; Tiểu đoàn Đặc công 79 tập kích chiếm núi Bà Rá; Tiểu đoàn 2 (Trung đoàn 271) tiến công đánh chiếm Tư Hiền 2. Sau 2 ngày tiến công liên tục, ta chiếm được khu vực chi khu Phước Bình và núi Bà Rá. Mất 2 khu vực trên, địch ở trong thị xã Phước Long bị bao vây, cô lập hoàn toàn; tận dụng thời cơ 3 trung đoàn 165, 141, 271 nhanh chóng cơ động triển khai lực lượng bao vây thị xã Phước Long.
Đợt 2 (2-6.1.1975), tập trung toàn lực lượng tiêu diệt địch còn lại ở thị xã Phước Long. Trên hướng chủ yếu tây nam Trung đoàn 165 được tăng cường 6 xe tăng tiến công địch ở chốt Vạn Kiếp, Tư Hiền 1 và phát triển tiến công vào trại Đoàn Văn Kiều, khu vực phía nam hồ Long Thuỷ, khu tiếp liệu, trại bảo an, trại Lê Lợi. Trên hướng chia cắt (hướng tây), sau khi 4 đại đội của Trung đoàn 141 vào đánh chiếm khu chợ bị địch phản kích quyết liệt (địch dùng pháo binh bắn chặn bịt cửa mở), trung đoàn phải tổ chức bộ phận còn lại của trung đoàn vòng theo cửa mở của Trung đoàn 165, phát triển theo đường Nguyễn Tường Tam đánh chiếm khu bệnh viện và khu cảnh sát. Trên hướng vu hồi (hướng đông nam), Trung đoàn 271 đánh chiếm bãi xe và phối hợp Trung đoàn 165 đánh chiếm trại Lê Lợi. Từ 3 hướng quân ta đồng loạt tiến công dồn địch vào khu vực phía bắc thị xã; quân địch chống cự quyết liệt nhằm ngăn chặn các mũi tiến công của ta để chờ viện binh, địch dùng máy bay, pháo binh bắn phá ác liệt vào đội hình tiến công của ta. 10 giờ ngày 4.1, sau khi sử dụng máy bay đánh phá vào các vị trí đã mất và dọn bãi, địch dùng máy bay trực thăng đổ 1 tiểu đoàn (Lữ đoàn Biệt kích 81) xuống đồi Đắk Son, cầu Đắk Lung và khu vực gần nhà thị chính để tăng viện. Lực lượng pháo và súng máy phòng không của ta đánh trả quyết liệt, tạo điều kiện cho pháo binh bắn trúng đội hình ứng cứu của địch diệt nhiều quân, khiến địch phải rút 2 đại đội quân mới đổ bộ, không thực hiện được ý định. Nhằm tăng cường tiến công, dứt điểm nhanh mục tiêu, không cho địch có điều kiện củng cố phục hồi, Bộ tư lệnh quyết định điều Trung đoàn 201 (Sư đoàn 3), tiếp sau Trung đoàn 2 (Sư đoàn 9) cùng 10 xe tăng vào tăng cường tiến công. Sáng 5.1, ta đồng loạt tiến công vào các vị trí phòng ngự cuối cùng của địch ở trong thị xã. Sau đòn hoả lực mạnh của pháo binh, Trung đoàn 141 tổ chức 2 mũi tiến công vào dinh tỉnh trưởng và dinh phó tinh trưởng; Trung đoàn 2 tổ chức 2 mũi đánh vào tòa thị chính, khu truyền tin và phát triển sang khu ngân hàng; Trung đoàn 165 tổ chức 2 mũi đánh vào khu chiến tranh tâm lí và nhà thờ. Các mũi tiến công của ta hiệp đồng chặt chẽ diệt từng cụm quân địch; đến 19 giờ ngày 6.1, quân ta hoàn toàn làm chủ thị xã Phước Long, trận then chốt quyết định của chiến dịch kết thúc thắng lợi.
Kết quả, ta bắt và làm tan rã hơn 2 nghìn quân địch, bắn rơi 12 máy bay, thu và phá huỷ 90 xe quân sự cùng nhiều vũ khí, phương tiện kĩ thuật của địch. Trận chi khu Phước Bình và thị xã Phước Long là trận then chốt quyết định của Chiến dịch Đường 14 - Phước Long. Thắng lợi của trận đánh có ý nghĩa quan trọng đối với chiến dịch trong việc tiêu diệt sinh lực địch và giải phóng hoàn toàn tỉnh Phước Long, tạo thế uy hiếp địch trực tiếp trên hướng tây Sài Gòn và tạo điều kiện cho ta củng cố quyết tâm chiến lược mở Chiến dịch Tây Nguyên (4-24.3.1975). Nét nổi bật của nghệ thuật quân sự trong trận đánh là ta đánh giá đúng tương quan lực lượng địch - ta, xác định mục tiêu tiến công, sử dụng lực lượng thích hợp, linh hoạt trong từng đợt, từng bước; phát huy sức mạnh tổng hợp của các binh chủng để giành thắng lợi. Tuy nhiên trong trận đánh cũng bộc lộ một số hạn chế như: kinh nghiệm tổ chức chỉ huy hiệp đồng chiến đấu đánh địch trong thành phố của ta chưa nhiều, công tác tổ chức hiệp đồng chiến đấu giữa bộ binh với các binh chủng (đặc công, pháo binh) có lúc chưa thống nhất, chặt chẽ nên thời gian trận đánh kéo dài.
Nguồn: Bách Khoa toàn thư Quân sự Việt Nam, Quyển 1: Lịch sử Quân sự (Nhà xuất bản Quân đội Nhân dân - năm 2015)