注意到这种情况，中国军指挥部较为迅速地调整了作战目标，以谅山为主攻方向集中兵力发动攻势。
这大概是因为，在其他战线上，中国军队基本都按照预定计划到达占领线，如果能够在这里将越南军队的抵抗打垮，越军在长达一千公里的国防防卫线上就不再拥有最后一个可以利用的支撑点，唯一能做的就是尽快转向后方重建新的防线。同时，中国军的指挥部显然也不愿意给对方留下“越南军队战斗力强”的心理印象。
这样，双方的争夺地域，就集中到了谅山周围。
中国军队在谅山-同登一线前集中加强的兵力，据计算已经达到五万余。考虑到整个战线上中国总计出动了10-15万军队，这已经是其投入总兵力的三分之一。
在整个战争中，中国最终投入的兵力当在二十万人。
进入三月，中国军队发动猛烈攻势，意图重新攻占同登。
这次攻击，与一星期前相比，中国军的大口径火炮数量增加了一倍。而且，除了122毫米炮，130毫米炮之外，重点增加配置了威力强大的152毫米重炮，这成为同登之战胜负的关键。
3月1日，中国军队一百数十门重炮同时开火，以灼烈的火力猛轰越南军队阵地。与此同时，中国军队投入装甲部队展开进攻，其威势意在一举攻陷这座越南筑有国防工事的要塞。
同时投入战斗的中国军战车多达一百辆以上，其型号主要是装备85毫米火炮的62式轻型坦克。
新增援的中国部队不顾伤亡，向越南军队阵地发起强攻（日语为“肉迫攻击”）。据生还的越南军队士兵叙述：“中国军队越过自己一方的阵亡人员尸体反复冲锋，那种作风让越南士兵在战斗中深感恐惧。”按照越南人民军提供的信息，其描述为：“这次攻击中国军队不顾牺牲，采用人海战术，结果兵力不足的越南军队终被压倒。”
实际上，中国军队的攻击获得了极大成功，仅仅半天，同登就重新落入中国军队手中。
此时，越南人民军部队作战中的弱点暴露了。尽管前线的越南军队作战英勇，但是到决定撤退的时候却发现已经贻误了时机，无法撤出了。该军的多个部队，出现了大量战死者和被俘者，越南军的战车部队由于配属给各个步兵部队，也无法集中起来作战，被各个击破。这种损失是最初没有预料到的。对越南来说，他们也不愿意轻易让开通往谅山的道路，因此付出了巨大牺牲。他们的作战目的在于即便自己损失惨重，也要给中国军队造成同样或更多的伤亡。
“要给敌军一个教训。”越南人民军的干部在同登失陷后含泪这样说。
对越反击战：苦守谅山
眼看中国军队的攻势规模超过越南军方预期。因此，紧急从河内征调担任首都警戒的最精锐的部队，以机降的方式增援谅山了。机降后，他们的阵地建立在谅山以南。不过，由于中国军队最终没有向谅山以南发动攻势，这支最精锐的部队并没有真的参战。这些部队的输送方式值得一提。据称越南方面使用了1975年春从南越政权（ARVN）缴获的美制C-130大力神运输机和直升飞机。
同时，越南军队在部队的机动方面，使用了大量同样场合下缴获的美制M-113装甲步兵输送车。对于只有少量这类兵器的中国军队，这是一个重大的威胁。
当时越南军队保有1，400辆M-113，有些M-113经过美军改造，安装了大量机关枪或机关炮，成为火力支援车。在兵员运输方面，中国也投入63式（被称作K-63或531型）履带装甲车，他们至少在前线投入了80辆这种战车。不过从性能来说，M-113显然更胜一筹。
中越战争最激烈的日子，是1979年2月27日到3月2日间的四天。
3月1日，越南军308师投入谅山战斗，由于这个师号称“无敌师团”，因此被中国军队认为是越军战斗力最强的一个师。就在这一天，越南政府公布“已经消灭中国军队两万七千人”，而中国方面首脑部发布的消息称双方的损失比例为10：8，越军10，中国军8，但并没有公布具体伤亡数字。
战斗以谅山为中心激烈进行，双方都动用了大口径火炮进行炮兵战。这种炮战对城市破坏极大，许多越南多年辛苦建设的设施变成瓦砾。就在3月1日，中国军队突入谅山市内，而越军死战不退，依托各个据点进行巷战。两国步兵则分散成小的单位，展开对于若干据点的争夺。围绕着许多很小的据点，双方都拉锯般进行着攻占和死守的惨烈战斗，直到一方把血流干。
由于作战已经在距离首都河内仅仅150公里的地方展开，越南方面十分紧张，紧急派出久经沙场的总司令官波棍杂普（音译，推测为武元甲）前往前线指挥。与之相对，中国方面也派出了在朝鲜战场富有实战经验的老将许世友，杨德（得）志。后者不久就成为中国人民解放军陆军总参谋长。由此事实可以看出中越两国对于这场战争的重视程度。
由于战斗规模远远超出序战时的预测，这场战争进行到如此程度，引发了周边各国不同的关注和参与。
对越反击战：省会陷落
中越两国交战，邻国中最大的变数也是最受关注的是苏联的态度。3月2日，苏联发表声明，对中国表达了强烈的非难。称“如果战争持续发展，将向越南派出志愿军”。也许是为了增加对中国方面的压力，表达对越南的支持。此时，多艘苏联海军战舰在中国和越南均表示拥有主权的西沙群岛海域出现。
中国海军斯不甘示弱，派出十余艘炮舰和鱼雷艇进入同一海区，与苏联舰艇对抗。与此同时，美国第七舰队的舰艇也驶入东京湾深处，举行了虽然规模不大但技术含量甚高的演习行动，尽管这个地方对美国来说并不是一个很吉利的地方。
在这种情况下，军事专家认为美苏两个超级大国介入这场战争的危险骤然增加。
苏联是否真的如声明的那样准备好了向越南派遣志愿军是一个至今无法证实的问题，同时，中国在攻占谅山以后，继续南下的可能性绝不可低估。在这种情况下，苏联采取的实质性措施是紧急向越南提供技术支援，并随后运送大量战争物资，包括武器，弹药提供援助。以此挽救这一友好盟邦的危机。
但是，这一切都无法改变前线的局面。
对越反击战：谅山附近的战斗
3月的最初三天，谅山省省会谅山市的战斗达到了最高潮。攻防双方均损失惨重。根据越南方面的报道，由于308师投入战斗，试图通过强攻攻占该市市区的中国军队，仅仅3月1日一天，就有2，470名官兵战死。
