Sau thất bại trong chiến dịch Đường 9 - Nam Lào 1971, chiến dịch Đông Bắc, Mỹ và chính quyền Việt Nam Cộng hòa âm mưu đẩy mạnh chiến lược "Việt Nam hóa chiến tranh", "Đông Dương hóa chiến tranh". Trên chiến trường miền Nam Việt Nam, chúng tăng cường các hoạt động bình định nông thôn, sử dụng nhiều biện pháp trấn áp tàn bạo, đẩy mạnh bắt lính, đôn quân, tăng cường lực lượng bảo an, dân vệ nhằm kìm kẹp nhân dân, đánh phá cơ sở cách mạng.
Cách cửa khẩu quốc tế Nậm Cắn (Nghệ An) khoảng 130 km, cánh đồng Chum - Xiêng Khoảng (Lào) xưa kia là địa bàn tác chiến trọng yếu, nằm trên tuyến vận tải từ miền Bắc Việt Nam vào chiến trường Đông Dương. Nhận thấy tầm quan trọng của vùng đất này, lợi dụng mùa mưa năm 1972, quân đội tay sai Lào và quân Thái Lan được Mỹ hậu thuẫn tổ chức tiến công nhằm giành lấy quyền kiểm soát, tạo ra lợi thế cho chúng về quân sự, chính trị, ngoại giao.
Theo Viện Lịch sử quân sự, quân đội tay sai Lào và quân Thái Lan đã bố trí lực lượng tại 4 khu vực bao quanh cánh đồng Chum. Khu Sảm Thông - Long Chẹng có 18 tiểu đoàn; khu Buôn Lọng có 5 tiểu đoàn; khu Tôm Tiêng - Pha Đông có 9 tiểu đoàn; khu Sa la Phu Khun có 9 tiểu đoàn. Pháo binh có 3 tiểu đoàn, không quân tại Long Chẹng có 2 phi đội máy bay T28. Đến ngày 20/5/1972, tại chiến trường này, đối phương huy động 76 tiểu đoàn bộ binh, 3 tiểu đoàn pháo binh.
Để ngăn thế tiến công của quân đối phương, tháng 4/1972, Quân ủy Trung ương hai nước Việt Nam và Lào quyết định tổ chức chiến dịch phòng ngự cánh đồng Chum - Xiêng Khoảng - Mường Sủi, sẵn sàng đánh bại các cuộc tiến công lớn của đối phương. Bộ Tư lệnh chiến dịch được thành lập.
Lực lượng liên quân, về phía Việt Nam có 5 trung đoàn bộ binh, 2 tiểu đoàn đặc công, một tiểu đoàn pháo binh, 4 tiểu đoàn pháo và súng máy phòng không, một tiểu đoàn xe tăng và 2 tiểu đoàn công binh. Phía Lào có 7 tiểu đoàn chủ lực, một đại đội xe tăng, 2 đại đội pháo binh, 2 đại đội súng máy phòng không, một đại đội công binh và 4 đại đội địa phương.
Địa bàn chiến dịch phòng ngự được tổ chức tại khu tứ giác Mường Sủi - Noọng Pét - thị xã Xiêng Khoảng - Thẩm Lửng (dài 60 km, rộng 50 km), chia thành 5 khu vực: Khu trung tâm (cánh đồng Chum), khu trung gian (Hin Tặng), khu thứ yếu (Noọng Pét) và hai khu tác chiến phối hợp (Mường Sủi và thị xã Xiêng Khoảng). Mỗi khu vực có một số cụm chốt.
Chiến dịch diễn ra theo 4 đợt. Đợt một (21/5-10/8), không quân Mỹ đánh phá các điểm cao trọng yếu trong khu trung gian và đường giao thông ở cánh đồng Chum. Ngày 25/5, Mỹ tiến công khu vực phòng ngự cơ bản phía trước. Tại hướng Tây Nam có 5 tiểu đoàn Thái Lan cùng một tiểu đoàn phái hữu Lào tiến công nhiều điểm cao.
Trung đoàn 174 quân đội Việt Nam tích cực ngăn chặn, phản kích đánh lui nhiều đợt tiến công của quân tay sai Lào và quân Thái Lan. Tối 6/6, bộ đội phản kích thành công ở Nam Phu Phaxay, đẩy lùi nhiều đợt tấn công khác ở Mường Sủi. Đặc công, pháo tập kích sân bay, sở chỉ huy, kho tàng của đối phương.
Sang đợt hai (11/8 đến 10/9), đối phương chuyển hướng tiến công vào cánh đồng Chum, đánh đường bộ theo 3 hướng (đông nam, tây và đông bắc), kết hợp đổ bộ đường không xuống Phu Keng đánh hướng tây bắc.
Trung đoàn 335 (Việt Nam) từ hướng đông nam đánh vào Khang Mường, điểm cao 1202. Hai tiểu đoàn của Lào tăng cường 4 xe tăng, tiến công từ hướng đông bắc xuống bắc Phu Keng. Một đại đội của Trung đoàn 866 phối hợp với hai đại đội của Lào bao vây, đón lõng ở bờ Tây sông Nậm Ngừm.
Trực tiếp tham gia chiến dịch, đại tá Ngô Doanh, nguyên Trung đoàn trưởng Trung đoàn 335, kể 6h ngày 30/8, dưới sự chi viện của pháo mặt trận, các đơn vị đồng loạt nổ súng. Bị bất ngờ, đối phương tháo chạy về hướng cầu cắt qua sông Nậm Ngừm, bị lực lượng phục kích tiêu diệt một số và 200 tên bị nước lũ cuốn trôi... Ngày 3/9, trận phản đột kích đã kết thúc, liên quân Việt - Lào hạ hơn 670 lính, bắt 43 tên, thu nhiều vũ khí.
Đến đợt ba (11-30/9), Mỹ tăng cường lực lượng chuyển đánh hướng tây cánh đồng Chum, đồng thời tung biệt kích xuống Talinoi quấy rối hậu phương, nhưng không đạt kết quả. Sang đợt bốn (1/10 đến 15/11), đối phương tập trung 60 tiểu đoàn tiến công phía nam cánh đồng Chum để gây áp lực cho đàm phán chính trị.
Trước diễn biến này, Bộ Tư lệnh chiến dịch tổ chức ngăn chặn các hướng, tạo thời cơ tập trung trận đánh then chốt. Ngày 8/10, Tiểu đoàn 3 Trung đoàn 335 của Việt Nam đánh ở Bản Xưa, điểm cao 1172 và ngăn đối phương tiến công Phu Xiêng Luông, Phu Huột. Đến 14/10, liên quân phản đột kích ở khu trung gian phía nam cánh Đồng Chum.
Rạng sáng 26/10, các hướng đồng loạt nổ súng tiến công khiến đối phương chạy về co cụm ở khu vực Khang Kho, Nậm Cọ - cánh đồng Chum. Từ ngày 2 đến 5/11, một tiểu đoàn quân Thái Lan bị hạ gục. Liên quân tiếp tục truy quét đối phương khỏi nam cánh đồng Chum, buộc chúng phải co về giữ Long Chẹng.
Trong 179 ngày chiến dịch, liên quân Việt - Lào tổ chức 244 trận đánh (Việt Nam đánh 170 trận, Lào 74), loại khỏi vòng chiến đấu hơn 5.700 quân đối phương, bắn rơi 38 máy bay, thu hơn 800 súng các loại, buộc quân tay sai Lào, quân Thái Lan và Mỹ phải rút khỏi cánh đồng Chum.
Sáng 20/5, tại hội thảo "50 năm chiến dịch phòng ngự cánh đồng Chum - Xiêng Khoảng thắng lợi và bài học kinh nghiệm", thiếu tướng Nguyễn Hoàng Nhiên, Viện trưởng Viện Lịch sử quân sự, đánh giá chiến dịch này đã đánh bại cuộc tiến công quy mô lớn của Mỹ và phái hữu Lào, có sự tham gia của quân Thái Lan; bảo vệ vững chắc địa bàn chiến lược của cách mạng Lào và phối hợp có hiệu quả với các hướng tiến công năm 1972 trên chiến trường Đông Dương.
Kết quả chiến dịch này cùng với những thắng lợi trong năm 1972, tiêu biểu là chiến thắng "Điện Biên Phủ trên không" tháng 12/1972 đã góp phần quan trọng buộc Mỹ ký Hiệp định Paris (27/1/1973), rút quân về nước.
Theo thiếu tướng Nhiên, nghệ thuật tổ chức và sử dụng lực lượng trong chiến dịch phòng ngự cánh đồng Chum là kinh nghiệm quý trong tác chiến phòng ngự nói chung và nghệ thuật chiến dịch phòng ngự nói riêng để bảo vệ vững chắc Tổ quốc Việt Nam ở cả hiện tại và tương lai.