Trong Chiến dịch ÐBP, Ðại đoàn 304 được giao nhiệm vụ bao vây phân khu Hồng Cúm, khống chế sân bay và trận địa pháo binh địch, tiến tới chia cắt phân khu Hồng Cúm với phân khu trung tâm Mường Thanh. Ðây là một trong ba phân khu của tập đoàn cứ điểm ÐBP, với hơn 2.000 tên địch, gồm ba đồn đóng liền nhau, cùng một tiểu đoàn lựu pháo 105 mm, một đại đội cối 120 mm, hai trung đoàn xe tăng và các đơn vị hậu cần, vận tải.
17 giờ ngày 13-3-1954, pháo binh ta mở màn chiến dịch Hồng Cúm, chỉ sau các loạt đạn đầu, đã bắn trúng trận địa pháo và sở chỉ huy của địch; làm tê liệt pháo binh địch, tiêu diệt nửa đại đội Âu - Phi có xe tăng yểm trợ, khống chế sân bay. Trong trận mở màn, pháo binh Ðại đoàn tiêu diệt hơn 200 tên địch, thu 600 viên đạn 105 mm, hơn 3.000 viên đạn cối, cùng hàng chục tấn lương thực, thuốc men.
Ngày 17-3, Bộ Chỉ huy chiến dịch giao nhiệm vụ bổ sung cho Ðại đoàn: Xây dựng trận địa tiến công và bao vây chặt phân khu Hồng Cúm, đào chiến hào lấn dần vào ba cứ điểm A, B, C để đưa hoả lực vào gần kiềm chế pháo binh địch; khi có điều kiện nhanh chóng tiêu diệt các cứ điểm, đánh chiếm sân bay Hồng Cúm, cắt đứt đường vận chuyển tiếp tế hàng không của địch... Thực hiện nhiệm vụ được giao, 24 giờ ngày 20-3, đội dũng sĩ của Trung đoàn 57 tập kích đánh chiếm sân bay Hồng Cúm, dùng bộc phá phá nát đường băng. Sáng hôm sau, địch huy động xe tăng, xe húc và bộ binh ra khôi phục, bị Ðại đội 17 của Tiểu đoàn 265, Trung đoàn 57 chặn đánh phải bỏ chạy. Mặc dù bom, đạn địch cản phá ác liệt, cán bộ, chiến sĩ của Tiểu đoàn 265 cứ khoét, cứ đào, đến đêm 21-3, các mũi giao thông hào của bộ đội ta chia sân bay Hồng Cúm thành bốn mảnh; phân khu Hồng Cúm bị cắt khỏi phân khu Trung tâm Mường Thanh. Ðể mở lại đường nối hai phân khu, Tướng Ðờ Cát-xtơ-ri ra lệnh cho chỉ huy ở hai phân khu phối hợp liên tục tổ chức phản kích, hòng đánh bật ta ra khỏi đường 41 và sân bay Hồng Cúm. Cán bộ, chiến sĩ các đơn vị đã chiến đấu dũng cảm, giành giật với địch từng tấc đất, đoạn chiến hào, giữ vững trận địa, không để địch chọc thủng tuyến bao vây chia cắt.
Trong khi Trung đoàn 57 và các đơn vị trực thuộc của Ðại đoàn chiến đấu quyết liệt tại ÐBP, thì Trung đoàn 9 được Bộ Tổng Tư lệnh và Bộ Tư lệnh Ðại đoàn giao nhiệm vụ cấp tốc hành quân lên Sơn La tiêu diệt bọn phỉ, bảo đảm an toàn hậu phương và đường vận tải tiếp tế cho mặt trận từ Yên Bái lên Sơn La; đánh giặc Pháp nhảy dù ở Sơn La và Nà Sản, sau đó hành quân gấp lên tham gia Chiến dịch ÐBP.
Bước vào đợt ba của chiến dịch, 23 giờ 30 phút ngày 1-5, khi pháo binh ta bắn dữ dội dọn đường cho bộ binh xung phong, thì ở Hồng Cúm, pháo và súng cối của Ðại đoàn nhằm vào trận địa pháo của địch bắn mãnh liệt, dồn dập. Sau các loạt đạn pháo, Tiểu đoàn 418 chia làm hai mũi tiến công vào khu C; hỏa lực địch tập trung bắn mạnh vào hướng cửa mở nhằm bịt đường tiến công của ta. Song với ý chí kiên cường, người trước ngã, người sau tiếp tục tiến lên phá hàng rào thép gai còn lại, đánh chiếm hai dãy chiến hào, phát triển vào trung tâm.
Mờ sáng ngày 7-5-1954, được pháo binh chiến dịch chi viện và hỏa lực của ta ở đồi A1 yểm trợ, Ðại đội 138 của Tiểu đoàn 375 vượt lên chiếm được một mỏm đồi, địch cho bộ binh và hai xe tăng ba lần tổ chức xung phong chiếm lại, nhưng đều bị ta đánh bật trở lại. Trước nguy cơ bị tiêu diệt, địch vội vàng cho quân từ Mường Thanh lên ứng cứu, nhưng bị hỏa lực của ta bắn dồn dập vào đội hình, buộc chúng phải tháo chạy. Biết không còn khả năng chống đỡ, quân địch trong cứ điểm C2 kéo cờ trắng nối nhau ra đầu hàng.
Cơn bão lửa đêm mồng 6 và rạng sáng 7-5 của quân ta đã làm cho quân địch bạt vía, kinh hồn: đồi A1 bị san phẳng, đồn C1 bị tiêu diệt, đồn C2 quân ta vừa làm chủ...; quân địch bị bộ đội ta bao vây bốn phía, sĩ quan, binh lính hoang mang cực độ. Nắm chắc thời cơ, Bộ Tổng Tư lệnh ra lệnh tổng công kích. Trước đòn tiến công dũng mãnh của ta, quân địch ở các hầm cố thủ kéo cờ trắng ra hàng. 17 giờ 30 phút ngày 7-5-1954, Tướng Ðờ Cát-xtơ-ri, Chỉ huy trưởng Tập đoàn cứ điểm ÐBP cùng Bộ Tham mưu bị bắt làm tù binh.
Ngay tối 7-5, Ðại đoàn 304 nhận lệnh tiến công Hồng Cúm, khu cứ điểm cuối cùng của địch. Ðồng chí Nam Long, Ðại đoàn phó, Tham mưu trưởng ra lệnh cho các đơn vị bắn mãnh liệt vào đồn địch. Biết không thể giữ được lực lượng ở Phân khu Hồng Cúm, Ðại tá La-lăng, Chỉ huy phó Tập đoàn cứ điểm ÐBP, đặc trách khu Hồng Cúm vội vã bỏ binh lính bị thương, xe tăng, súng các loại, rút ra khỏi cứ điểm lợi dụng đêm tối để chạy sang Lào. Trung đoàn trưởng Trung đoàn 57 Nguyễn Cận kịp thời hạ lệnh cho các tiểu đoàn đốt đuốc đuổi bắt địch. Khoảng 20 giờ ngày 7-5, Tiểu đoàn 418 và 346 của Trung đoàn 57 và Tiểu đoàn 400 của Trung đoàn 9 từ Mường Thanh xuống tăng cường cho Trung đoàn 57 chạm địch ở Nam Hồng Cúm, bắt gọn một đại đội địch. Ở phía nam, Tiểu đoàn 265 của Trung đoàn 57 vượt lên trước, chặn ngã ba đường đi Tây Trang, ở bản Cang, tổ chức bao vây vu hồi, bắt gọn quân địch. 8 giờ ngày 8-5-1954, cuộc truy kích kết thúc, toàn bộ quân địch, trong đó có Ðại tá La-lăng, cùng Bộ Tham mưu và sĩ quan chỉ huy đều bị quân ta bắt sống, thu 12 khẩu đại bác 105 mm, 237 khẩu súng các loại, ba xe tăng, hàng trăm tấn đạn dược.
Những chiến công, thành tích kể trên của cán bộ, chiến sĩ Ðại đoàn 304, đã góp phần cùng quân và dân ta làm nên Chiến thắng ÐBP, quyết định vào thắng lợi của Hội nghị Giơ-ne-vơ về Ðông Dương, kết thúc cuộc kháng chiến chống thực dân Pháp xâm lược. Ðồng thời, đó còn là dấu ấn, mốc son khẳng định bước trưởng thành vượt bậc của cán bộ, chiến sĩ đơn vị, góp phần xây đắp nên truyền thống Sư đoàn 304 anh hùng: "Ðoàn kết, kiên cường, cơ động, đánh thắng".