Sau thất bại ngày 5.8.1964, Mĩ tiếp tục sử dụng không quân, hải quân đánh phá các mục tiêu từ sông Gianh trở vào, trong đó tập trung hoạt động ở vùng biên giới Việt - Lào và Trung Lào, chủ yếu đánh phá các tuyến đường 7, 8, 12 và 217B, nhằm ngăn chặn sự chi viện cùa miền Bắc đối với miền Nam. Để chủ động đối phó với âm mưu và hoạt động của không quân Mĩ theo mệnh lệnh của Bộ tổng tham mưu, Bộ tư lệnh Quân khu 4 điều 3 tiểu đoàn pháo phòng không (4, 6, 14) thuộc các sư đoàn bộ binh 324,341,325 làm nhiệm vụ bảo vệ các tuyến giao thông phía tây Quảng Bình, trong đó Đại đội 3 thuộc Tiểu đoàn pháo phòng không 14 (Sư đoàn 325, Quân khu 4) được giao nhiệm vụ độc lập tác chiến bảo vệ trọng điểm giao thông khu vực Cha Lo trên tuyến đường 12, một trong những tuyến đường vận tài chiến lược quan trọng bắt đầu từ Khe Ve (tây Quang Binh), chạy dọc phía đông dãy Trường Sơn, qua đèo Mụ Giạ sang Lào.
Đầu tháng 11.1964, Đại đội 3 khẩn trương làm công tác chuẩn bị, tổ chức trinh sát nắm tình hình và xây dựng trận địa sẵn sàng chiến đấu. Theo đó, trận địa của đơn vị được bố trí tại khu vực đồi cây lúp xúp ở phía bắc đèo Mụ Giạ 7 km, nơi có nhiều điểm cao từ 800-1.000 m ở phía tây và tây nam, đặc biệt là dãy núi Phu Ác cao trên 1.000 m, là những vị trí địch có thể lợi dụng làm vật chuẩn khi vào đánh phá. Tại thời điểm này, đại đội được trang bị 6 pháo 37 mm, biên chế thành 6 khẩu đội, Đại đội trưởng Lê Hữu Mai, Chính trị viên Nguyễn Viết Xuân. Trước khi bước vào chiến đấu, đơn vị đã tổ chức huấn luyện và học tập kinh nghiệm đánh máy bay Mĩ, tập trung nghiên cứu thủ đoạn hoạt động của địch, từ đó chuẩn bị kĩ các phần tử bắn và phương án tác chiến phù hợp. Cụ thể, qua nắm tình hình hoạt động của không quân Mĩ trên địa bàn, ta xác định máy bay Mĩ hoạt động ở khu vực này chủ yếu là loại F-100 và T-28, xuất phát từ các sân bay ở miền Nam Việt Nam, với thủ đoạn hoạt động là kết hợp trinh sát và đánh phá các trọng điểm giao thông, truy tìm và tập trung tiêu diệt các trận địa pháo phòng không.
10 giờ ngày 18.11, trinh sát phát hiện trên hướng số 2 và 32 có máy bay địch hoạt động, toàn đại đội được lệnh báo động vào trạng thái sẵn sàng chiến đấu cấp 1. Khoảng 10 giờ 30 phút, xuất hiện 2 tốp máy bay F-100 (4 chiếc) từ hướng số 2 qua dãy núi Phu Ác bay thẳng vào trận địa. Khi mục tiêu ở cự li 12 km, các pháo thủ được lệnh bám sát tốp đầu và nổ súng lúc máy bay địch bổ nhào, nhưng không có kết qua do địch chỉ làm động tác nghi binh để trinh sát phát hiện trận địa ta. Ngay sau đó, tốp máy bay thứ hai nâng độ cao bổ nhào đánh vào trận địa. Đại đội trưởng Lê Hữu Mai kịp thời ra lệnh cho các khẩu đội chuyển mục tiêu, chờ máy bay địch bổ nhào ở cự li thích hợp, đồng loạt nổ súng bắn rơi tại chỗ chiếc đi đầu, buộc những chiếc còn lại hoàng sợ rút chạy. Bị giáng trả bất ngờ, khoảng 3 phút sau địch huy động 2 tốp máy bay (4 chiếc) đánh phá trả đũa, trong đó tốp đầu bay vào hướng số 2, tốp 2 vòng lên hướng 12 theo đội hình so le, độ cao 2.500-3.000 m nhằm làm phân tán hỏa lực của phòng không. Nắm chắc thủ đoạn của địch, đại đội trưởng lệnh cho trinh sát theo dõi chặt mục tiêu trên hướng 12, đồng thời lệnh cho các khẩu đội tập trung đánh tốp đầu ở hướng số 2. Trận đánh diễn ra ngày càng ác liệt, máy bay địch liên tục bổ nhào phóng rốc két vào trận địa làm một số pháo thủ của Khẩu đội 3 bị thương. Trước tình hình đó, Chính trị viên Nguyễn Viết Xuân từ Sở chỉ huy đã trực tiếp xuống Khẩu đội 3 chỉ huy chiến đấu và động viên tinh thần cán bộ chiến sĩ với khẩu hiệu “nhằm thẳng quân thù mà bắn”. Được sự động viên kịp thời của chỉ huy đơn vị, mặc dù địch tăng cường thêm lực lượng liên tục đánh phá gây cho ta một số tổn thất, nhưng toàn đơn vị vẫn kiên quyết chống trả, bắn bị thương 1 máy bay F-100, giữ vững trận địa.
11 giờ 35 phút ngày 18.11 địch tổ chức đợt tiến công thứ hai, với lực lượng sử dụng gồm 3 máy bay F-100 từ hướng 32 định bất ngờ tập kích vào trận địa, nhưng bị hỏa lực của ta kịp thời ngăn chặn, khiến chúng phải phóng rốc két bừa bãi ra ngoài mục tiêu rồi rút chạy. Trong đợt tiến công thứ ba từ 11 giờ 42 phút đến 11 giờ 53 phút, địch thay đổi thủ đoạn hoạt động, tổ chức lực lượng thành nhiều tầng, từ nhiều hướng thay nhau liên tục bắn phá trận địa. Tuy nhiên, mọi cố gắng và thủ đoạn hoạt động của địch đều bị bộ đội ta kịp thời phát hiện, bình tĩnh đối phó và tổ chức hiệp đồng chiến đấu chặt chẽ, bắn rơi thêm 1 máy bay F-100
Sau 3 đợt tập trung đánh phá không đạt kết quả, 12 giờ 50 phút địch sử dụng 4 chiếc T-28 bay ở độ cao 2 nghìn mét, từ hướng 32 qua hướng số 3 về hướng số 4, bay vòng quanh trận địa ở cự li 5-6 km để nghi binh thu hút hoả lực phòng không, tạo điều kiện cho các tốp máy bay F-100 bất ngờ vào tập kích. Trên cơ sở kinh nghiệm các đợt chiến đấu trước, Đại đội trưởng Lê Hữu Mai lệnh cho trinh sát quản lí chặt tốp máy bay T-28, đồng thời tăng cường bám sát các mục tiêu từ hướng số 2 đến hướng 32, tạo điều kiện phối hợp với các khẩu đội kịp thời đánh trả máy bay Mĩ. Bằng cách đánh hiệp đồng chặt chẽ, với tinh thần “nhằm thang quân thù mà bắn”, các chiến sĩ Đại đội 3 đã kiên cường chiến đấu làm thất bại mọi thủ đoạn đánh phá của địch, nhiều cán bộ chiến sĩ bị thương vẫn không rời trận địa, trong đó nổi bật tấm gương hi sinh dũng cảm của Chính trị viên Nguyễn Viết Xuân, bị thương gãy nát chân phải vẫn tiếp tục chi huy, động viên bộ đội chiến đấu. Khoảng 15 giờ 30 phút, 1 tốp 2 chiếc máy bay F-100 của địch từ hướng số 2 định lợi dụng hướng mặt trời bất ngờ tập kích vào trận địa, nhưng các khẩu đội đã kịp thời phát hiện mục tiêu và nổ súng chính xác, bắn rơi 1 chiếc, sau đó bắn bị thương chiếc còn lại. Trận đánh kết thúc lúc 16 giờ. Kết quả sau gần một ngày độc lập tác chiến đánh trả 4 đợt tiến công của nhiều tốp máy bay Mĩ, Đại đội 3 đã bắn rơi tại chỗ 3 chiếc F-100, bắn bị thương 2 chiếc khác, bào vệ an toàn mục tiêu và trận địa (phía ta hi sinh 1, bị thương 8). Đây là trận đánh đạt hiệu suất cao nhất của một đại đội pháo phòng không 37 mm trong kháng chiến chống Mĩ trên chiến trường miền Bắc. Thắng lợi của trận đánh đã cổ vũ mạnh mẽ tinh thần chiến đấu của bộ đội phòng không và quân dân cả nước. Đặc biệt, khẩu hiệu “Nhằm thẳng quân thù mà bắn” của Chính trị viên Nguyễn Viết Xuân đã trở thành khâu hiệu hành động và được phát động thành phong trào thi đua bắn rơi máy bay Mĩ trong những năm chiến đấu chống chiến tranh phá hoại của không quân và hải quân của Mĩ trên chiến trường miền Bắc Việt Nam. Với chiến công này, năm 1967 Chính trị viên Nguyễn Viết Xuân được truy tặng danh hiệu Anh Lực lượng vũ trang Nhân dân và trở thành Anh đầu tiên của lực lượng phòng không Việt Nam trong cuộc kháng chiến chống Mĩ cứu nước; đồng thời Tiểu đoàn Pháo phòng không 14 mang tên Nguyễn Viết Xuân được Nhà nước tuyên dương đơn vị anh hùng lực lượng vũ trang nhân dân.
Nguồn: Bách Khoa toàn thư Quân sự Việt Nam, Quyển 1: Lịch sử Quân sự (Nhà xuất bản Quân đội Nhân dân - năm 2015)