8月，一支强大的美军增援部队赶往溪山，其中包括16门175毫米自行火炮。威斯特摩兰想将这种远程火炮部署在溪山，来对抗部署在老挝的越军炮兵。越军在美国增援部队的必经之路9号公路上伏击。最终，援军和重型火炮都被挡在了溪山之外。

令溪山美军担心的不仅是增援部队上不来，而且作为唯一的补给通道，9号公路被越军封锁，这意味着溪山被彻底的孤立了。当时，军事观察家们都认为越军会对溪山再次发动大规模进攻，出乎意料的是此后越军的进攻却停止了，双方又回到了从前的袭扰与反袭扰状态。溪山守军不敢掉以轻心，抓紧时间休整并加固防御工事，美军还通过空运给溪山守军送去了急需的物资和弹药。

1968年1月初，越南人民军第304步兵师和第325步兵师约23000人在溪山附近完成集结，将驻守溪山要塞的美国海军陆战队1个团牢牢围困。该要塞位于一个四面环山的高原之上，长1.6公里、宽0.8公里，控制着通向老挝边境的九号公路。越南人民军仍旧采取围点打援的战术。打算借围困溪山要塞引诱美军大部队前来增援，通过伏击战把溪山守军和援军一起歼灭。为此，越南人民军指挥部投入了第202坦克团对守卫溪山的美国海军陆战队实施包围。

1968年1月21日凌晨5时30分，越军炮兵突然向溪山美军炮击。炮火密度前所未有：130毫米加农炮、152毫米加农炮、122毫米火箭炮以及步兵的60毫米、82毫米迫击炮，越军集中了几乎所有火炮，1天时间将1500吨炮弹倾泻到美军阵地，将阵地上的防御设施砸了个稀烂。在炮火的掩护下，越军步兵如潮水一样扑向溪山。溪山地区的攻防战是当时越南战场上最激烈的战斗之一。《纽约时报》记者道格拉斯·罗宾逊在描述溪山战况时说：“那是个被爆炸和死亡笼罩的可怕之地”。

威斯特摩兰在回忆录里写道：“武元甲发动规模如此之大的攻势正是我所希望的，他的这种攻势持续时间最多不会超过几个星期”。在越南战争中，威斯特摩兰最感头痛的就是越南军民的游击战，忽东忽西，忽聚忽散，使美军疲于奔波却始终捉不到越军主力。这次越军集中如此大的兵力与美军决战，无异于主动弃长扬短，正中美军下怀。威斯特摩兰决定趁此千载难逢的时机大量歼灭越军。

1968年1月26日夜，越南人民军第24步兵团在第202坦克团第3连的16辆PT-76型水陆坦克配合下，借助着夜色的掩护，向由500名美国海军陆战队员守卫的溪山要塞外围的老村高地发起围攻。

这是美军在越南战争中第一次被越南人民军的坦克部队包围。很快，越南人民军步兵在坦克的引导下突破了美军的外围防线。越军的步兵和坦克相互协同，步兵一旦遭遇美军碉堡，坦克立即上前用坦克炮进行抵近直射，将其彻底摧毁。而只要美国海军陆战队员试图使用90毫米无后坐力炮和火箭筒攻击坦克时，就会立即遭到越南人民军步兵密集的火力压制。在如此打击之下，许多美国海军陆战队员逃离了自己的防卫阵地，纷纷撤向第二道防线。

美军随即呼叫空中打击和炮火支援。然而，由于夜间可视度差，美军的炸弹和炮弹误中了不少美军，反倒给美军造成了更大的伤亡。至第二天清晨，战斗结束，越南人民军占领了老村高地，人员伤亡居然少于美军，这完全归功于有坦克参与进攻。

2月初，越南人民军第202坦克团又出动PT-76型水陆坦克继续对溪山要塞内部的蒲登县（Bu Dop）美军海军陆战队营地发起进攻。但这次遭到了美军海军陆战队的无后坐力炮攻击，被击毁1辆。另有1辆被赶来支援的美军武装直升机击毁。

美军第1骑兵师（直升机部队）展开了长达10天的“飞马”行动，试图打通一条通往溪山的通道，解救被围美军。行动中，美军武装直升机给缺乏有效防空武器的越军坦克部队造成了灭顶之灾，越军第202坦克团损失惨重，仅在2月10日当天就被击毁了6辆坦克。

从战后汇集的资料看，美国和越共双方都把溪山看作似乎消灭对方有生力量、打击对方士气的决战场。越军的意图是“围点打援”，在大量消灭美军援军后，全歼溪山守军。美军则希望在溪山长时间拖住越军，以最大限度的杀伤其有生力量，最后伺机以重兵对北越主力实施反包围并彻底围歼。正是双方的这种意图决定了溪山之战的惨烈。

由于9号公路被越军封锁，溪山美军的生存完全依靠空运补给，美国空军第834空运联队和315空运联队的C-130、C-123D、C-7A等运输机开始昼夜不停的向溪山空运空投补给。然而尽管有武装直升机和A-4攻击机护航，但仍然有不少运输机被猛烈的越军地面防空炮火击毁，仅C-130就损失了3架。于是，美军运输机飞临溪山机场不敢降落，而是低空将物资用降落伞空投出去。

事实上，美军在溪山防御成功的关键是其占压倒优势的空中支援。战役期间，美空军、海军、海军陆战队航空兵共出动F-4、F-105、B-52、A-1攻击机、A-7等各型战机2万余架次，投弹8万吨。美国空军发言人称：“空中打击使越军伤亡惨重，他们的进攻已明显减弱。”一位美国海军陆战队高级军官在对记者描述溪山战场的情景时说：“在我们的空中打击下，越军无论在地面上投入多少兵力也攻不下溪山。”

但是，美军中也有人对空中打击的效果持怀疑态度。美军在溪山投下的各种弹药总当量超过了二战中向投掷日本的2颗原子弹的总和，但越军的包围仍旧坚固，而且空中保护伞并不能解决所有问题，一但脱离空中支援，美军就是处于极度危险的境地。2月25日，一支有2个班组成的美军巡逻队离开基地仅仅1000米便音讯全无。奉命搜索接应的一个连在付出了阵亡3人，受伤71人，失踪3人的惨重代价后，只找回了巡逻队的2具尸体。直到战斗结束，美海军陆战队也不敢走出基地防御铁丝网边界以外200米的距离，否则就会遭到北越军队机枪和迫击炮的火力袭击。

3月底，威斯特摩兰认为解决溪山的时候到了。经过几十天的血战，越军的“春节攻势”已经遭到重创。4月1日早晨7时，美陆军骑1师、海军陆战队第3师第9团、南越伪陆军37特战营发起了打通9号公路的“飞马”行动。与此同时，美海军陆战队第26团也从溪山基地向越军发起反击。面对兵力武器都占优势的美军，越军已无力支撑，在进行了一些抵抗后，主力化成小股武装分散撤到老挝境内。4月7日，持续了77天的溪山围攻战结束，共有7000余越军在溪山战死，另有8000余人受伤。美海军陆战队阵亡205人，受伤443人。

溪山解围后，美军调整了溪山基地的防务。正当美军在溪山的防御重新趋于稳固的时候，陆军少将威廉·B·罗森和海军陆战队少将罗伯特·E·卡什曼提出了从溪山撤军的计划。在美国国内，一场关于是否从溪山撤军的辩论也在激烈地进行着。坚守派主要是军界将领以及国防部长罗伯特·麦克纳马拉等人，他们认为溪山基地是封锁北越从老挝向南越渗透的5条通道的“大锁”，而且还是麦克纳马拉防线西段的重要支撑点。如果溪山失守，越军将象洪水一样涌过来，冲垮美军的封锁链，越共将完全控制南越北面的广治省和顺化省。这对美国和南越政府来说，无疑是一场政治灾难。

撤军派主要是一些美国政界人士。他们认为溪山过于前出，越军可以随时发起进攻，而美军的防守和增援却很困难。在越共的眼皮底下，溪山这样的孤立据点对“胡志明小道”的实际威胁并不象想象的那样大。为保证溪山的供给，美军不得不抽重兵守卫9号公路上的每一座桥梁和涵洞。由于公路修建在悬崖峭壁边，越军随时可能对通过公路的美军卡车打出枪榴弹，车队几乎夜夜都会遭到伏击和火力打击。再者，情报显示越共在老挝新修了几条通往南越的道路，完全可以供越军机动部队和重型装备通过。这样一来，溪山的战略地位已经下降了。

约翰逊总统和威斯特摩兰将军都认为坚守溪山是必要的。他们相信防守溪山基地不但卡住了北越向南越渗透的主要通道，而且在很大程度上增强了美国在和谈上的主动权。令约翰逊没有想到的是，溪山战役在媒体的热炒下已经引起了公众的高度关注。1968年2月到3月间，美国晚间电视新闻所有有关越南的画面中四分之一都是在介绍溪山战役形势，而哥伦比亚广播公司电视台的新闻中关于溪山战役的报道竟达到了一半。

越南战场的大量血腥画面，深深地刺痛着美国人的神经，直接引发了美国国内反战示威大游行。据当时的民意调查显示，从1968年2月初到3月中旬，美国民众有20%左右从原来的“鹰派”转成了“鸽派”。到3月份，美国国内反战人数首次超过支持战争的人数。更令约翰逊头疼的是，当年还是美国总统的大选年，他所在的民主党阵营所提名的总统候选人休伯特·汉弗莱和共和党总统候选人理查德·尼克松进行着激烈较量。而美国国内如火如荼的反战示威游行正好帮了以结束越南战争为口号的尼克松的忙，使民主党陷入了极为不利的处境。为了争取选民，消除越南战争给自己带来的不良影响，约翰逊认为首要的一件事就是将公众最关注的溪山基地关闭。

1968年6月11日，威斯特摩兰奉调回国任陆军参谋长。在威斯特摩兰向其继任者克赖顿·艾布拉姆斯将军移交指挥权的同一天，曾经被他否决的罗森·卡什曼计划被批准实施。约翰逊特别提示艾布拉姆斯，威斯特摩兰一离开越南，就立即开始从溪山撤军，行动必须严格保密。

撤军令在驻守溪山的美海军陆战队激起轩然大波。陆战队员们“几乎公开反对这个命令”。溪山基地的一位随军牧师在日记里写道：“基地里的官兵们都认为在经过了这么长时间的激烈战斗后守住了阵地，而将军们现在却决定要放弃它，这是多么错误和令人气愤的事情。”

美军对溪山基地设施进行了彻底清除，将能带走的装备和设施拆卸或切割后全部用飞机运走，不能带走的设备，如800座掩体和坑道、数公里长的带刺铁丝网、用做飞机跑道的金属材料等全部破坏或销毁，确保不给北越军队留下任何可用之物。此外，为防止北越军队趁机偷袭，美军在溪山附近部署了9个营的守备部队。

1968年7月5日，溪山基地被正式关闭。同一天，5名海军陆战队员在溪山附近的战斗中被打死。由于北越炮兵将9号公路上的一座桥梁炸坏，美军的撤离行动被迫中途停下来，直到夜里桥梁被修好后，海军陆战队才沿9号公路向东撤退。

从溪山解围到开始撤离的10周时间里，共有400名海军陆战队员阵亡、2300多人受伤。这个数字是从1月下旬到3月底溪山围攻战中海军陆战队伤亡数字的2倍。

溪山基地虽然被关闭了，但在溪山地区的战斗却依然在继续。7月9日，在溪山地附近689高地的海军陆战队被越南军队包围。“我们拼死抵抗，最终才打退了北越军队的进攻”，一位美军军官说。据估计，在这次战斗中，共有350名越军士兵被打死。美第3陆战师师长雷蒙德·戴维斯少将说：“我们打算撤离这个山头，但我们必须先击败北越人。”同一天，海军陆战队发言人否决了河内电台宣称越共旗帜已经在美军放弃的溪山基地升起的报道。

与美军预想的一样，美军撤离后，越共开始大力宣传溪山的胜利。1968年7月7日起连续5天内，河内电台以70%左右的广播时间，用所有亚洲国家的语言报道了其取得“溪山大捷”。河内准确地把握到，放弃溪山是美国人调整其越南战争政策的一个关键转折点。据当时《纽约时报》驻香港记者报道，几乎所有的亚洲国家都相信越共而非美国，要求美军撤出越南乃至印度支那三国的国际呼声越来越高。很明显，双方的战略形势发生了逆转，越共终于从政治上达到了目的。

对于溪山战役，美国和北越双方都宣称自己取得了胜利，而在国际上关于溪山战役的胜负评价也莫衷一是。之所以会出现这种情况，很大原因在于西方人和东方人对于战争胜负和人员伤亡的衡量标准不同。威斯特摩兰认为，武元甲在溪山的损失远远超过了奠边府战役（越共也经常拿溪山和奠边府战役相比，称溪山战役是“美国人的奠边府”），但是他表示难以理解越军为什么能承受如此之大的伤亡而且依然在战斗。其实早在溪山战役进行时，美国一些研究越南历史的学家就指出了其中的原因。这些学者认为越南人无法容忍美军在溪山的存在，因为那样在他们眼里说明美国人在取得胜利，“他们（越南人）因为政治方面的需要，情愿承受如此巨大的伤亡去争取希望渺茫的军事胜利”。因此，北越军队虽然在溪山遭到了惨重伤亡，但他们对于能够最终占领溪山仍感到很满意，这在东方的传统思维中并不难理解。