Sau nhiều năm huấn luyện ở hậu phương, Trung đoàn 9, Sư đoàn 304 vào chiến trường với khí thế tưng bừng; mọi người, mọi cấp đều muốn lập công. Do nhận định chủ quan, đánh giá sai về địch, trong trận đánh vào căn cứ Đồng Hến (trên đất Lào), Trung đoàn chỉ sử dụng tiểu đoàn 3 cùng 2 khẩu cối 120mm, 300 viên đạn. Tiểu đoàn 3 mới thành lập, quân số, trang bị tương đối đầy đủ, quen hoạt động ở rừng núi, nhưng điểm yếu nhất là chưa qua chiến đấu và chưa được học đánh công kiên. Khi ta trinh sát chuẩn bị quyết tâm chiến đấu, địch phát hiện được ý đồ tiến công, nên đã tăng cường cho căn cứ này một chi đội xe bọc thép (4 chiếc) và một tiểu đoàn bộ binh (thiếu) khoảng 200 quân; một đại đội pháo 105 ở Pha Lan cũng sẵn sàng chi viện cho Đồng Hến.

Trước tình hình đó, cấp trên yêu cầu chỉ huy tiểu đoàn cân nhắc có nên đánh Đồng Hến hay không, vì địch đã phát hiện ý định của ta và chúng đã tăng cường lực lượng. Hội nghị Đảng ủy tiểu đoàn 3 mở rộng được triệu tập, bàn quyết tâm chiến đấu. Sau khi nghe chỉ huy báo cáo dự kiến quyết tâm, có ý kiến băn khoăn cho rằng tiểu đoàn 3 chưa được học đánh công kiên; một số cán bộ có biểu hiện thiếu tin vào thắng lợi (vì địch đã tăng cường thêm quân số, vũ khí và cách đối phó mà ta không có thêm lực lượng) nhưng đều ngại không dám phát biểu, sợ cấp trên đánh giá là hữu khuynh. Hội nghị kết thúc với đa số tán thành là: Trên đã hạ lệnh, dưới phải chấp hành. Chỉ huy đơn vị còn chủ quan nhận định: "Địch càng tăng viện bao nhiêu, chúng càng bị tiêu diệt bấy nhiêu!".

Đêm 7-3-1965, tiểu đoàn chiếm lĩnh trận địa. Khi vào vị trí triển khai, mũi thứ 2 của hướng tiến công chủ yếu do đi lạc đường, đã nhập vào mũi 1, dồn lại trên bãi đất trống trải. Giờ "G" đã đến, hai khẩu cối 120mm bắn cấp tập vào mục tiêu khoảng 40 phút thì hết đạn. Cũng thời gian đó, đội mở cửa đã sử dụng hết bộc phá mà hàng rào kẽm gai vẫn còn. Đến giờ xung phong, mũi xung kích vướng rào không vào được; hỏa lực của địch trong đồn bắn ra quyết liệt. Pháo của địch ở Sê-nô, Pha Lan cũng bắn dồn dập vào tuyến triển khai của tiểu đoàn. Bộ đội ta ùn tắc ở cửa mở, thương vong tăng lên từng giờ. Một bộ phận nhỏ của ta phá được cự mã tiến vào bên trong, nhưng thiếu hỏa lực, không phá được lô cốt địch, không phát triển được, đành nằm lại chờ lực lượng phía sau vào tiếp ứng, nhưng lực lượng phía sau cũng không vào được. Cứ như vậy, tiến không được mà ra thì không có lệnh. Khoảng 8 giờ sáng, tiểu đoàn trưởng Hoàng Thăng xốc lại đội hình, tổ chức bộ đội phá rào và cự mã để phát triển chiến đấu, nhưng đồng chí bị trúng đạn hy sinh. Tiểu đoàn phó lên thay cũng bị trúng đạn phải đưa về tuyến sau. Tiểu đoàn 3 bị tổn thất nặng nề và hầu như không duy trì được chỉ huy. Trận đánh kết thúc, tiểu đoàn bị thương vong nặng nề, phân đội công binh sư đoàn và tiểu đoàn 814 cũng không hỗ trợ được cho tiểu đoàn.

Trận đánh thất bại bắt nguồn từ sai lầm đánh giá thấp, chủ quan khinh địch; chỉ thấy chỗ yếu của chúng. Do nhận định sai, Mặt trận và trung đoàn đã không theo phương châm chỉ đạo của Bộ là đánh địch ngoài công sự mà chọn đánh địch trong công sự. Việc chủ quan, đánh giá thấp địch còn dẫn đến việc giao nhiệm vụ tác chiến cho tiểu đoàn 3, một đơn vị tuy sung sức, đủ quân số, trang bị nhưng chưa qua chiến đấu và chưa được huấn luyện đánh công kiên.

Về nghiên cứu tình hình (địch, ta, địa hình), trong trận này còn phạm nhiều sai lầm khuyết điểm. Khi trinh sát, ta đã để lộ ý đồ chiến thuật. Đây là một thiếu sót nghiêm trọng mà dù xảy ra ở đâu, khi nào, cũng đều phải trả giá. Chính khuyết điểm này dẫn đến việc địch bố trí thêm cự mã, tăng cường thêm 200% lực lượng và chuẩn bị kế hoạch đối phó. Chúng bố trí gần một chục lớp rào, chôn 2 xe M113 chìm dưới đất làm hỏa điểm ngầm nên ta không phát hiện được, dẫn đến chuẩn bị bộc phá không đủ. Trinh sát không chu đáo còn dẫn đến chọn hướng chủ yếu vào đúng nơi địch phòng ngự vững chắc và trên địa hình trống trải.