Thị xã Xuân Lộc (tỉnh Long Khánh cũ nay là TP. Long Khánh tỉnh Đồng Nai) nằm trên ba trục giao thông quan trọng: đường số 1, đường số 20 (Sài Gòn đi Đà Lạt) và đường số 15 (Sài Gòn đi Vũng Tàu). Đây là một cửa ngõ quan trọng của Sài Gòn, được quân ngụy xây dựng thành một khu vực phòng thủ trọng yếu trên tuyến phòng thủ cơ bản Biên Hòa- Bà Rịa- Vũng Tàu. Lực lượng địch phòng giữ Xuân Lộc có sư đoàn 18 bộ binh (sư đoàn mạnh nhất của quân đoàn 3 ngụy), một liên đoàn biệt động quân, một trung đoàn thiết giáp, chín tiểu đoàn bảo an của tiểu khu Long Khánh. Khi bị tiến công, quân địch ở Xuân Lộc còn được sự chi viện nhanh chóng của lực lượng dự bị chiến lược (dù, thủy quân lục chiến) ngụy, toàn bộ hỏa lực pháo binh của quân đoàn 3 và không quân từ 2 sân bay chiến lược rất gần là Biên Hòa, Tân Sơn Nhất.
Đà Nẵng thất thủ, Mỹ- nguỵ vội vã lập tuyến phòng thủ mới kéo dài từ Phan Rang, qua Xuân Lộc, đến Tây Ninh, mà trong đó Xuân Lộc được chúng gọi là “cánh cửa thép” phía đông nhằm ngăn chặn quân ta tiến theo đường số 1 và đường số 20, đánh vào Sài Gòn. Ngày 2-4-1975, quán triệt tư tưởng chỉ đạo “thần tốc, táo bạo, bất ngờ, chắc thắng” của Bộ Chính trị và Quân ủy Trung ương, Bộ tư lệnh Miền đã quyết định mở cuộc tiến công giải phóng Xuân Lộc. Sư đoàn 341 đang đánh địch dọc lộ 20, được lệnh nhập về Quân đoàn 4 để tham gia chiến dịch.
5 giờ 40 phút, ngày 9-4-1975, chiến dịch mở màn. Trên các hướng, ta đồng loạt nổ súng tiến công địch. Ở hướng chủ yếu, trung đoàn 165 của Sư đoàn 7, được tăng cường 8 xe tăng, tiến đánh căn cứ Sư đoàn 18 ngụy, khi đến cách cổng 300m, bị địch chặn lại, bắn hỏng 3 xe tăng, trung đoàn phải chuyển sang đánh chiếm hậu cứ chiến đoàn 52 ngụy. Ở hướng thứ yếu, trung đoàn 266 của Sư đoàn 341 cũng gặp không ít khó khăn, mặc dù đã nhanh chóng chiếm được khu thông tin, khu cố vấn Mỹ, khu cảnh sát, khu chợ, khu bảo an, nhưng khi tiến vào dinh tỉnh trưởng thì bị địch ngăn chặn quyết liệt, phải dừng lại bên ngoài sở chỉ huy tiểu khu.
Riêng ở vòng ngoài, trung đoàn 270 (Sư đoàn 341) và trung đoàn 209 (Sư đoàn 7) thì đánh bại hai tiểu đoàn và diệt 7 xe tăng của hai chiến đoàn 43 và 48 của địch từ Tân Phong và núi Thị vào cứu viện, giải phóng ấp Bảo Toàn, bắt 174 tên địch. Tiểu đoàn địa phương Bà Rịa tiến công địch ở suối Cát, cũng bắt được tù binh, thu vũ khí. Đặc biệt ở hướng chia cắt, sư đoàn 6 đánh thắng hơn: diệt 6 chốt của địch trên đường 1 từ Hưng Nghĩa đến đèo Mẹ Bồng Con, thu hai pháo 105mm, buộc chiến đoàn 52 ngụy phải bỏ Túc Trưng co về giữ ngã ba Dầu Dây.
Ngày 10-4 trên hướng chủ yếu, Sư đoàn 7 lại đưa dự bị là trung đoàn 141 cùng một tiểu đoàn phòng không đột phá từ hướng bắc xuống, cùng trung đoàn 165 tiến đánh căn cứ Sư đoàn 18, song vẫn bị địch ở hậu cứ chiến đoàn 52 và trung đoàn 5 thiết giáp phản kích mạnh. Mãi đến 11 giờ 30 phút, trung đoàn 141 mở được cửa và đánh chiếm chốt Bảo Vịnh A. Trung đoàn 209 tiến công vào thị xã từ phía nam lên, đánh thiệt hại chiến đoàn 43 ngụy. Ở hướng thứ yếu, Sư đoàn 341 đưa trung đoàn 270 vào thị xã cùng trung đoàn 266 đánh địch phản kích và giữ các khu vực đã chiếm, nhưng lúc trung đoàn 266 sử dụng tiểu đoàn 5 và 7 bốn lần tiến công vào sân bay Cáp Rang thì không thành công. Các mũi khác đánh vào trại Lê Lợi, hậu cứ chiến đoàn 43 cũng bị địch chặn lại. Ở hướng chia cắt, trung đoàn 33 (Sư đoàn 6) tiến công và làm chủ chi khu Dầu Dây, đánh bại phản kích của tiểu đoàn 1 thuộc chiến đoàn 52, một chi đội thiết giáp và một tiểu đoàn biệt động. Tiếp sang ngày 15-4 cuộc chiến đấu vẫn giằng co, ác liệt.
“Mất Xuân Lộc là mất Sài Gòn”- Tổng thống Thiệu đã được tướng Mỹ Uây-oen cảnh báo, nên cố đốc quân giữ Xuân Lộc. Ngày 12-4, chúng đổ lữ đoàn 1 dù từ Sài Gòn xuống ngã ba Tân Phong, các ngày sau đó bố trí lại đội hình trong thị xã và điều lữ đoàn 3 thủy quân lục chiến, chiến đoàn 318 biệt động đến Trảng Bom, chiến đoàn 322 biệt động ở Bầu Cá, chiến đoàn 315 ở Bầu Hàn, điểm cao 122, và điều trung đoàn 8 từ Lai Khê sang. Như vậy, địch đã tập trung ở Xuân Lộc, tỉnh Long Khánh tới 50% lực lượng bộ binh, 60% pháo binh và hầu hết xe tăng, xe thiết giáp của quân đoàn 3 cùng lực lượng tổng dự bị tương đương một sư đoàn. Không quân ở các sân bay Biên Hòa, Tân Sơn Nhất được huy động trung bình 80 lần chiếc/ ngày để chi viện trực tiếp cho các mũi phản kích. Địch còn sử dụng cả bom CBU, loại bom có sức hủy diệt lớn, thế giới cấm sử dụng, để ngăn chặn ta tiến công.
Cuộc chiến đấu ở Xuân Lộc diễn ra hết sức quyết liệt. Qua ba ngày chiến đấu, tuy đã chiếm được một số mục tiêu, diệt một bộ phận sinh lực địch, giữ được một số bàn đạp quan trọng, nhưng chưa diệt gọn được một tiểu đoàn nào của chúng, bộ đội bị thương vong nhiều (Sư đoàn 7 thương vong 300; Sư đoàn 341 thương vong 1.200; 6 xe tăng bị địch bắn hỏng và cháy; hầu hết pháo 85mm và 57mm bị hỏng vì bom đạn). Trước tình hình đó, từ sự chỉ đạo của Bộ Tổng tư lệnh “cần chuyển cách đánh cho thích hợp” (điện ngày 13-4), Bộ chỉ huy chiến dịch đã phân tích, nhận định: “Xuân Lộc chỉ có giá trị khi được nối với Biên Hòa…” và quyết định lập thế trận mới, cô lập và cắt rời Xuân Lộc ra khỏi Biên Hòa, bằng cách đánh chiếm ngã ba Dầu Dây, cắt đường số 1, chặn đánh địch từ Trảng Bom lên, đánh chiếm Tân Phong, cắt đường số 2 đi Bà Rịa. Thực hiện chủ trương trên, Bộ chỉ huy đã ra lệnh ngừng tiến công thị xã, mỗi sư đoàn chỉ để lại một tiểu đoàn kiềm chế nghi binh địch, còn lại lui ra phía sau củng cố làm lực lượng cơ động. Sư đoàn 6 và trung đoàn 95B (vừa được tăng cường) tổ chức bao vây tiêu diệt chiến đoàn 52, thực hiện chốt chặn chiến dịch, diệt quân địch từ Biên Hòa, Trảng Bom lên phản kích. Trung đoàn 209 triển khai ở phía bắc chi khu Tân Phong, chặn đánh lữ đoàn 1 dù không cho chúng vượt qua cầu Gia Liên.
Rạng sáng ngày 15-4, pháo 130mm của chiến dịch bắn dồn dập vào sân bay Biên Hòa, cùng lúc bằng năm trận tập kích, Sư đoàn 6 và trung đoàn 95B đã tiêu diệt chiến đoàn 52, diệt gọn 1 tiểu đoàn pháo, một chi đoàn thiết giáp, giải phóng hoàn toàn chi khu Gia Kiệm, ngã ba Dầu Dây, cắt đứt đường số 1 và đường 20. Ngày 16 và 17-4, quân đoàn 3 ngụy ở Trảng Bom, đốc thúc lữ đoàn 3 thiết giáp cùng chiến đoàn 8 với hơn 100 khẩu pháo ở các căn cứ Nước Trong, Hốc Bà Thức, Long Bình, Đại An và 125 lần chiếc máy bay mỗi ngày, phản kích hòng chiếm lại khu vực Dầu Dây. Sư đoàn 6 và trung đoàn 95B vẫn chặn đánh tiếp địch ở Hưng Nghĩa và điểm cao 122, diệt gọn 1 tiểu đoàn và bắt hơn 100 tên, đẩy lùi quân địch xuống Bầu Cá. Cùng thời gian, Quân đoàn 2 đập tan tuyến phòng thủ của địch ở Phan Rang, tiến vào giải phóng Phan Thiết, Hàm Tân và các hướng khác.
Ở Xuân Lộc, Sư đoàn 7 và Sư đoàn 341 đánh thiệt hại nặng hai chiến đoàn 43 và 48 của Sư đoàn 18 ngụy, diệt một bộ phận quân dù, đồng thời cùng bộ đội địa phương và du kích diệt và bức rút nhiều đồn bốt địch trên các trục đường ven thị xã. Trước nguy cơ bị ta tiêu diệt hoàn toàn, nhất là mất Dầu Dây, Xuân Lộc mất giá trị phòng thủ, địch quyết định rút khỏi Xuân Lộc để bảo toàn lực lượng. Ngày 20, địch dùng pháo binh bắn vào các trận địa của ta để nghi binh cho cuộc rút lui. Phán đoán ra ý định của địch, Bộ chỉ huy chiến dịch đã lệnh cho các đơn vị tiến công và truy kích. Sư đoàn 341 đánh thẳng vào thị xã, phát triển theo đường sở cao su Ông Quế; Sư đoàn 7 đánh chiếm nam Tân Phong, chặn đường số 2. Sư đoàn 6 và các tiểu đoàn địa phương chốt chặn và truy kích địch, bắt sống được tên đại tá tỉnh trưởng Long Khánh. Ngày 21-4-1975, những tuyến phòng thủ cuối cùng của địch ở Xuân Lộc sụp đổ, một trong bốn tiểu đoàn còn sống sót của Sư đoàn 18 tháo chạy khỏi Xuân Lộc. Chuẩn tướng Lê Minh Đảo, Tư lệnh sư đoàn 18 sau lời tuyên bố huênh hoang đã nhanh chân lên máy bay trốn thoát, để lại Xuân Lộc thất thủ, thị xã Long Khánh hoàn toàn được giải phóng.
Trận Xuân Lộc mang nội dung ý nghĩa lịch sử sâu sắc với tầm vóc lớn lao và ý nghĩa thực tiễn của nó, nổi lên vai trò chỉ đạo chiến dịch, chỉ huy tác chiến, một nhân tố quan trọng góp phần làm nên chiến thắng cuối cùng. Trận này đánh dấu sự thất bại thảm hại của Mỹ ngụy, phòng tuyến thép bảo vệ Xuân Lộc- Long Khánh, cửa ngõ phía đông bắc Sài Gòn bị đập tan. Tuyến phòng thủ then chốt của địch bị phá vỡ, hậu phương của ta được mở rộng, vùng giải phóng và căn cứ địa cách mạng được củng cố phát triển, tạo điều kiện thuận lợi cho hậu phương lớn chi viện cho tiền tuyến lớn, phục vụ chiến dịch Hồ Chí Minh tiến lên giành thắng lợi hoàn toàn.