柬军编成24个师，每师2000至4000人，沿边境一线展开。在19号公路方向1个师、13号公路方向3个师、7号公路和克列地区5个师、1号公路的柴桢地区8个师、2号公路方向2个师，纵深地区有新建的5个师。

1978年12月25日，越军首先对柬军仅有1个师设防的东北大区实施突破，沿19号公路向柬纵深进攻，于1979年1月3日占领了上丁和戈涅。越军沿13号公路进攻的部队在坦克配合下，分三路突破柬军斯努防线，于1978年12月30日占领了桔井。越军沿7号公路进攻的部队在哗变柬军203军区的配合下于1979年1月2日进至湄公河渡口洞里贝，渡河围攻磅谌，1月5日，越军部分兵力绕过磅谌西进。

越军进攻金边及其东南的部队占使用总兵力的80%，于1978年12月27日发起进攻。其中，越军主攻金边的主力部队分兵两路，一路沿1号公路进攻，于1979年1月3日攻占柴桢；另一路沿湄公河左岸北上进攻，攻陷波罗勉和干丹省，于1月4日进至乃良（1号公路的湄公河渡口），切断了在柴桢地区的柬军后路，并推进至金边以东的三隆通。沿2号公路与3号公路进攻的越军主力部队，于1979年1月5日已经占领茶胶、贡布等地，并以一部兵力突入金边西南磅士卑，切断了金边至西哈努克港的4号公路。

1979年1月5日至6日，越军从东、西、南三面逼近金边市。1月6日中午，西哈努克亲王与南斯拉夫驻金边外交人员等乘坐中国派去的波音707民航专机，从金边波成东机场起飞撤离。民柬部队守备首都的中央警卫师以及柬埔寨党政机构被迫主动撤出金边，越军于1月7日12时30分占领金边。

占领金边后，越军分三路沿交通线追击、攻陷柬埔寨主要城镇，日进攻速度50-100千米：

至此，越军占领了整个柬埔寨重要城镇及广大地区。毙俘民柬部队1.36万人，缴获枪支7000多件，炮200门，车辆800台，坦克和装甲车60辆，飞机51架。越军参战坦克和装甲车600余辆，飞机作战飞行500架次。

1979年1月7日占领金边当天，“柬埔寨救国民族团结阵线”中央委员会主席韩桑林发表告人民书。第二天即1月8日，“柬埔寨人民委员会”宣布成立，开始行使柬埔寨国家权力，韩桑林为人民委员会主席，宾索万为副主席兼管国防，洪森为委员会委员兼管外交，谢辛为委员会委员兼管内政，委员高占达负责新闻、出版和文化部，委员姜文教授负责教育部，委员努本博士负责卫生兼社会事务部，委员莫萨贡负责经济和人民福利部，同时苏联、东德、匈牙利、保加利亚、越南、老挝、阿富汗立即宣布承认支持韩桑林为首的金边新政权。 越南扶植了一个傀儡政权即柬埔寨人民共和国长达14年之久，该政权得到苏联和东欧国家集团的承认，在此期间，越南人民军部队一直驻留在柬埔寨领土上。

1979年1月8日，民主柬埔寨政府发表声明，呼吁“全体柬埔寨人民将结成最广泛的民族的、民主的、爱国的统一战线，同越南侵略者战斗到底”。民主柬埔寨军队3万余人撤退到柬泰边境，重新整编后，于1979年12月改称“民主柬埔寨国民军”，保持师、团、营的番号。1979年12月15日至17日民主柬埔寨全国人民代表大会常务委员会、民主柬埔寨政府、民主柬埔寨国民军领导人举行联席会议，决定中止执行1976年的民主柬埔寨宪法，并以柬埔寨爱国、民主、民族大团结阵线政治纲领草案取而代之。农谢留任全国人大常委会委员长。乔森潘被任命为柬埔寨爱国、民主、民族大团结阵线临时主席，继续留任国家主席团主席。乔森潘取代波尔布特担任政府总理，波尔布特留任柬埔寨共产党总书记。成立国家军队最高委员会，波尔布特任主席兼司令，切春任副主席兼总参谋长，宋先为秘书长。1981年12月6日宣布柬埔寨共产党彻底解散。

1979年8月间宋双在泰柬边境活动，联合另外5个抗越组织，于1979年10月9日在泰柬边境宣布成立“高棉人民民族解放阵线”，宋双任主席，姜万任副主席，其军事组织为“高棉人民民族解放军”，军事负责人是丁代尔。宣称该阵线为“高棉民族真正合法的代表”。并称拥有兵力3000人，其成员多为前朗诺政权的军人、韩桑林政权的逃兵和民主柬埔寨当局的“叛逃者”。 宣言称不相信“能够在战场上同越南人真正较量”，只有通过和平方式解决越南侵柬问题。

1979年9月下旬，西哈努克在朝鲜平壤召开“高棉民族主义者联盟”成立大会。其军事组织为“高棉民族主义军”，恢复使用柬埔寨王国国旗。

1981年2月，东盟国家开始担心金边韩桑林政权拿到联合国的代表席位。为此，东盟国家转变了敌视民主柬埔寨的立场，认为在抗越形势下，只有依靠西哈努克的政治号召力以及民主柬埔寨在军事上是抗越主力这一事实，实现大联合才能保住在联合国席位。1982年6月22日，“柬埔寨爱国、民主、民族大团结阵线”领导人乔森潘，“高棉人民民族解放阵线”领导人宋双，“争取柬埔寨独立、中立、和平与合作民族团结阵线”领导人诺罗敦·西哈努克，在马来西亚吉隆坡签署了《民主柬埔寨联合政府成立宣言》。1982年7月9日，西哈努克发表声明宣告民主柬埔寨联合政府成立。民主柬埔寨主席为诺罗敦·西哈努克，负责外交事务的民主柬埔寨副主席为乔森潘，民主柬埔寨联合政府总理为宋双。与此同时，包括联合国在内的国际社会多数成员一直不承认由越南扶持的“柬埔寨人民共和国”，民主柬埔寨政府一直保留在联合国的合法席位。1979年法国、葡萄牙、中国、英国、挪威和美国在第34届联合国大会上提议要求所有外国军队立即撤出柬埔寨，但是提议因为苏联和捷克斯洛伐克的强烈反对而未获通过。

在柬埔寨的越军部队称为“478兵团”，历任军事指挥为黎德英、黎仲迅、段奎、黎玉贤上将（自1987年2月）。1979年至1980年的旱季，越军发动了对民柬国民军在柬埔寨西部山区的根据地及全国境内的柬军残余力量的全面进攻，力图彻底消灭民柬抵抗力量。1980年至1981年旱季、1981年至1982年旱季、1982年至1983年旱季，越军连续三个旱季发动对柬埔寨西部山区的根据地的重点进攻。而民柬国民军这一期间的袭击战斗从泰柬国界山区逐步向内地平原区扩散，发展到了金边及其周围地区。1983年3月与1984年3月，越军两次出动团级兵力攻入泰国境内4-5千米，与泰国军队发生激战。 1983年至1984年旱季，民柬国民军在泰柬国界的主力部队第一次在越军攻势下不撤退进入泰国，而是成功地反守为攻。1984年10月，越军制定名为“K-5计划”的反游击战策略，以8个师攻克泰柬国界的抵抗武装营地后实施就地坚守，征集民夫沿泰柬国界修建长800千米的战略公路，实施“边境封锁”；越军在内地使用4个师执行清剿任务，此外在每个省都至少部署越军一个地方独立团。 1985年至1986年旱季，越柬双方均未展开大规模作战行动，但游击战与反游击战激烈，此时越军与韩桑林政权军队约26万人，民柬三方抵抗武装约8万人。

1986年夏，越共中央总书记黎笋逝世。1979年战争爆发后，越南的军费开支占国家财政支出的50%到60%，无力对越南国内经济建设投资。1986年12月越南共产党召开第六次代表大会，中央委员会的政治报告承认“上个五年计划的重要指标没有完成”，“生产发展缓慢”，“供求关系的矛盾日益激化”，“分配流通领域出现紧张和混乱”，“财政赤字巨大”，“通货膨胀严重”，“人民物质和文化生活的许多最起码的正当要求得不到保证”，“群众对党的领导和国家机关的职能的信心减退”，“总的主张和政策方面的严重和长期的错误，是战略指导和组织实施方面的错误”，越共决定开始搞革新开放，谋求从柬埔寨战场脱身。1988年，苏联自身经济恶化，停止了对越援助，越南国内通货膨胀达到1000%，还发生了缺粮情况。1988年7月，越南单方面宣布至年底从柬埔寨撤军5万人。1988年7月25日，民柬三方、越南、金边韩桑林政权、老挝、东盟代表在雅加达举行非正式会议，谈判越南从柬撤军问题。1989年9月27日，越南政府宣布从柬埔寨全面撤军。1990年8月，最后一批越军撤离柬埔寨。同时柬埔寨各派政治势力之间逐步实现停火。1991年10月，柬埔寨冲突各方签署了《柬埔寨冲突全面政治解决协定》，决定了在由联合国向柬埔寨派遣维持和平部队，在柬埔寨举行大选并组织民族联合政府等事项，柬越战争结束。联合国驻柬临时机构1993年11月间开始撤出柬埔寨。

据《李光耀回忆录》，美国为非共产党的西哈努克、宋双的抵抗武装提供了1.5亿美元援助，新加坡提供了5500万美元，马来西亚提供了1000万美元，泰国则提供数百万美元的训练、军火、粮食和战争费用。中国为支援宋双和西哈努克的非共产党抗越部队耗费1亿美元。