南越越南共和國軍面對被俗稱為「越共遊擊隊」的民族解放陣線節節敗退。為了阻止北越對越共遊擊隊的物資和人員支持，南越海軍對北越沿岸海軍基地進行襲擊。美國海軍也派出艦艇協助，進行電子戰支持，即靠近北越軍事基地，挑起沿岸設施使用雷達從而暴露位置，由南越艦艇炮火予與摧毀。
1964年7月31日，南越海軍從峴港派出幾艘炮艇，炮轟了北越北部灣的兩座小島，美國驅逐艦馬多克斯號在附近游曳。8月2日，馬多克斯號稱在離海岸30海里的國際水域內遭到3艘北越魚雷艇襲擊，並在附近的航母提康德羅加號支援下擊沉其中一艘北越魚雷艇。8月4日，馬多克斯號與特納·喬伊號驅逐艦往北航行時，稱後者被雷達訊號追蹤並宣稱受到攻擊，兩艘船隨即採取應對措施。美國以轟炸北越海軍基地作為報復，是為著名的「東京灣事件」（又稱「北部灣事件」）。
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| 1965年，美軍用凝固汽油彈轟炸 西貢南部的一個越共遊擊隊的建築 |
東京灣事件是越戰的重大分水嶺，北越和美國雙方都把它看作對方的蓄意攻擊，並做出了強硬反應。北越越共遊擊隊對多處美軍基地進行了報復性攻擊。北越325師進入南越領土集結，標誌著北越正規軍（越南人民軍）對南越的公開進攻。美國政府宣稱北越攻擊了位於公海上的美國軍艦，但並未提及他們的任務。
8月5日，美國出動大批飛機轟炸北越。北越防空部隊當天擊落美機8架，擊傷3架，俘虜一名美國飛行員。國防部長麥克納馬拉當夜宣布增兵越南的六點計劃。
美國國會於8月6日召開秘密聽證會，8月7日眾議院以400票對零票、參議院以81票對2票通過「東京灣決議案」，授權總統以他的判斷「採取一切必要措施——包括使用武裝部隊——去援助東南亞集團防禦條約中的任何一個為保衛其自由而請示支援的成員國或條約簽字國。」
1964年11月，詹森在美國大選中以壓倒多數的選票當選總統，體現了國內同仇敵愾的戰爭決心意志。
為贏得戰爭，詹森採納了美國著名智庫人物、戰略大師赫爾曼·康恩的「逐步升級」戰略,康恩設計了44種逐步升級的戰爭階梯：
「戰爭逐步升級是一個『賭決心的競爭』，而衡量決心的，常常是為了追求某些目標願意付出代價的程度。一方或另一方可能僅僅因為它覺得已經吃夠了苦頭而決定降級。」
1965年2月7日凌晨，美軍在波來古空軍基地遭到越共游擊隊攻擊，傷亡上百人。詹森立即命令對北越實施報復性轟炸。2月7日13時50分，美國航母艦載機猛烈轟炸北越廣平省洞海市。 2月12日，美國參謀長聯席會議提交了對北越實施戰略空襲的「滾雷」作戰計劃。2月13日，詹森批准該作戰計劃，對北越的90個目標摧毀性轟炸。2月26日，詹森批准向越南南方派出首批美國地面作戰部隊。3月2日，「滾雷行動」開始。
3月8日，3500名美國海軍陸戰隊員在峴港登陸，成為第一批進入戰區的美軍戰鬥人員。1965年3月底，美陸軍在西貢成立作戰指揮機構。實施「墨漬」戰略戰術，即在南越沿海設立基地據點，構成環形防禦圈，逐步向解放區滲透，尋找北越地面部隊主力決戰。這標誌著美國在越南的「特種戰爭」升級為「局部戰爭」。
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| 正在執行轟炸任務的F-105戰鬥轟炸機 編隊中央為電子護航機EB-66 |
1965年7月，詹森決定動用戰略空軍的B-52轟炸機，對北越地毯式空襲，代號「弧光作戰」。同時，美國空軍參謀長柯蒂斯·李梅上將宣稱，要把北越炸回石器時代。詹森政府認為，只要美國地面部隊直接參戰，就能在越南南方取勝；只要美軍飛機 對越南北方地毯式轟炸經濟目標與城市，就會使北方因為「有一個工業體系要保護」而屈服，從而實現美國的越戰目的。
7月24日，一架F-4C被擊落後，詹森總統將在越美軍提升至12.5萬人；翌日第101空降師的4000名人員進入越南。11月27日，五角大樓要求提升美軍數目至40萬人以便執行計畫中的大規模掃蕩行動；到了年底，美軍在越數目已高達18.4萬人。到了1966年八月，已有多達42.9萬名美軍士兵駐守在越南。
正當美軍數目不斷增加的同時，在1965年8月18日，美國海軍陸戰隊的5500名士兵發動了戰爭中的第一場大規模陸戰；在空中支援並一場大規模砲擊下，美軍成功摧毀越共在Van Tuong的基地。1965年11月，美軍發動了對越共的第一次旱季攻勢。1965年11月14日星期日早上10時48分，美國第一騎兵師第七騎兵團的一個營和北越第66團在德浪河谷遭遇，北越正規軍有2000人駐守，是奠邊府戰役的精銳之師，於是爆發美軍及北越間的第一場大規模戰鬥。3天激戰後，北越陣亡1037人，美軍陣亡234人，以平手收場，但北越將南越分為兩段的計畫也因此失敗。這兩場戰役使北越從此決定避免與美軍進行正面衝突，改而採取遊擊戰的戰術。
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| 1965年的F-105美軍機隊 |
空中作戰也同樣的大規模提升；詹森批准了轟雷行動（滾雷行動），對北越進行大規模轟炸。然而美國對北越的所有轟炸行動與目標都由華盛頓進行嚴密的控制，每日的轟炸目標的選擇由國防部和白宮來規劃，前線指揮官無法根據實際需求加以修改。偏偏國防部與白宮非常擔心傷及中國或是蘇聯派駐在當地的顧問而引發的正面衝突，對於轟炸目標的選擇與交戰規則有非常多的限制，而這些限制往往與美國追求的戰術或是戰略目標完全背道而馳。例如，美軍在未經批准下無法攻擊北越的軍用機場，即使看到地面北越空軍的戰鬥機在準備起飛也不行。
因此，旨在阻止北越對南方的滲透的「轟雷行動」在這種綁手綁腳的指揮下，幾乎無法發揮功效。農業社會的北越的工業大多已地下化，剩下來的目標因有中蘇兩國的人員在附近而安全無恙；同時，因為不能攻擊蘇聯與中國的船隻或運輸部隊，使北越能順利的接收他們提供的軍資而武裝起軍隊。就這樣，北越武裝司令武元甲依然將他手下的部隊以驚人的速度派往南方；整團的北越正規軍分散進入胡志明小道，頂著空襲，進入南方集結。
1966年2月，在地面上，成功獲得大規模增兵的駐越美軍最高司令官威廉·魏摩蘭將軍發動了一系列「搜剿與摧毀（search and destroy）」戰略戰術取代了「墨漬」方案。核心是以南越軍守點保線，美軍深入越柬、越老邊境，對南越共長時間的反覆「掃蕩」，切斷越共從寮國柬埔寨獲得補給的交通線。魏摩蘭相信如以「德浪河谷戰役」時那樣，以大規模火力消耗敵軍人力，北越最終將被迫認輸。同時，北越軍隊則執行武元甲的消耗戰略，在精心準備的有利地形下吸引美軍進攻，激戰至傷亡達到一定程度後就撤離戰場。北越已做好準備承受巨大的傷亡，並且堅信無限制的消耗戰最終會迫使美國人撤出越南。此時不論是魏摩蘭將軍或華盛頓的政治人物都不斷表示美軍正在取得勝利。但戰術上的勝利無助於改變美國的困境。因此，美國開始透過南越政府軍一些美軍來進行和平化政策，希望加強對已控制住的鄉下地帶的統治及治安，避免再度被越共滲透。然而，南越軍的腐敗及對平民的殘暴使該政策基本上毫無進展。
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| 1967年時新山一空軍基地內的美國 駐越空軍與南越空軍總部標誌 |
1966年至1967年美軍發動第二次「旱季攻勢」。採取了固守與清剿相結合的戰略戰術。美軍地面部隊主力集中到內線，固守西貢、順化、峴港、溪山等主要城市和基地，構築堡壘障礙，製造無人區，隔絕北越南下通道；以小股兵力在不遠離設防駐地，實施小規模的搜索圍剿攻勢作戰。而在南越廣大農村，以美國空軍支援南越陸軍作戰。此時，美軍駐南越境內的總兵力已近47萬人。南越境內的美軍地面部隊幾乎全部投入到「掃蕩」行動之中，美軍每月陣亡約800人。
這時，為了吸引北越軍隊進行正面戰鬥並阻止物資不斷透過胡志明小道進入南越，美軍決定投入大量部隊進入溪山基地。依照計畫，這將迫使北越部隊發動一場類似十年前，越南部隊擊敗法國軍隊的奠邊府戰役的攻擊。從1968年1月底到4月初，歷時77天，4萬北越軍圍攻6000名美軍。當雙方都大舉加強自己的陣地後，不斷的砲擊使戰場變得如同第一次世界大戰時的壕溝戰爭；於是美國開始動用龐大的空中火力，北越軍隊在攻勢被擊退三次後，決定開始撤離戰區。此戰役中，美國強大的後勤力、直昇機、空中力量等，以數百的傷亡消滅了數倍的敵軍。然而事實上，這似乎是北越為了使美國分心的結果；因為美軍高層注意力幾乎都在溪生，以致於對接下來的春節攻勢幾乎完全沒有準備。
1968年1月30日，北越發動了規模空前的春節攻勢。兵力超過32.3萬北越軍隊和越共遊擊隊對200多個市鎮和農村地區發動了「總攻擊——總暴動」，包括南越36個省會、5個大城市、64個縣城和50個戰略村，西貢機場、總統府和南越總參謀部。美國駐西貢大使館也遭到越共敢死隊夜襲，引發美國輿論譁然。然而南越百姓卻沒有如預期的發動大規模動亂，使北越人民軍在遭受美軍和南越政府軍壓倒性傳統武力的打擊下，大部分的攻勢都在最初的幾個小時內被擊潰，但在西貢中維持長達三天。在南越第三大城及王朝舊首都順化市激戰甚至持續一個月。美軍溪生基地因溪生戰役被圍困76天，因為破壞太嚴重，解圍後不得不放棄使用。在春節攻勢，北越部隊遭受約4.5萬餘陣亡、4萬負傷的沉重打擊；但到了5月，他們就恢復了進攻能力。春節攻勢的慘烈狀況在美國公眾中造成了震驚，國內反戰浪潮日益高漲。儘管詹森總統和魏摩蘭將軍一直宣稱北越軍事力量在節節削弱，並承諾戰爭會在短期內結束，但春節攻勢表明北越依然具有巨大的軍事力量，戰爭的結束依然遙遙無期。
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| 1966年，美國總統林登·詹森和駐越美軍司令 威廉·魏摩蘭在越南金蘭灣基地 |
北越軍事上的失敗，卻同時是精神上以及宣傳上的大捷，使春節攻勢成為越戰中的轉捩點。美國政府高層內部因為春節攻勢而失去戰意。當魏摩蘭將軍計畫動用20萬6千的增兵以完全消滅敵軍的要求被洩漏出去時，大眾更是普遍認為這表示駐越美軍無法挽回局勢，迫使原本同意增援的詹森總統放棄增援。1968年3月31日，詹森發表演講，部分暫時停止「轟雷行動」（即「部分停炸」），表示美軍將逐步撤出越南，並宣布放棄競選下任總統。
1968年5月13日至10月30日，越南民主共和國與美國在巴黎舉行雙邊會談。
1968年6月，克雷頓·艾布蘭將軍接替魏摩蘭指揮在越美軍。
另外美國的西太平洋友邦，包括韓國、中華民國（台灣）、泰國、菲律賓、澳大利亞等國家或多或少皆有間接介入戰爭。其中駐越韓國軍成為南越陣營中人數僅次於美軍的第二大外國軍隊。
1968年10月31日，詹森宣布暫時全面停止轟炸北越（即「完全停炸」）。
1968年，美軍在越南陣亡16,508人，傷92，817人。南越軍隊陣亡30，375人，重傷70，969人。
1969年1月20日，尼克森在美國總統就職典禮上宣稱：「我們陷入了戰爭，需要和平。」「我們陷入了分裂，需要團結。」
以上資訊摘錄自「維基百科」
