美国在侵略越南的战争中，把轰炸越南北方铁路、公路，破坏交通线，作为其侵越战争的重要战略目的，使北越仅有的几条铁路基本上处于瘫痪状态。1965年8月1日至1969年3月，中国人民解放军先后派出9批高炮部队，共16个支队辖63个团及部分独立高炮营、高机连和勤务分队，总计15万人轮换入越，主要担负河内至友谊关铁路线北宁至谅山段、河内至老街铁路线安沛至老街段、新建的克夫至太原铁路线，以及太原钢铁基地等地区的防空作战任务，并掩护中国援越工程部队的施工。援越高炮部队入越后，以相对落后的高射火器同使用世界上最先进空袭兵器的美国侵略军进行了艰苦激烈的斗争，有效地保卫了所负责的重要目标，保障了工程部队施工任务的完成。

1965年8月1日，首批中国援越高炮部队61、63支队分别由云南、广西入越。61支队于8月5日抵达安沛后，连夜将数吨重的高炮等装备用人力拉、扛到山上，迅速作好战斗准备。9日就遇到美空军2架F－4飞机前来轰炸，61支队立即组织对空射击，击落美机1架。63支队也于23日在克夫地区取得击落、击伤美机各1架。两支队初战告捷，极大地鼓舞了入越参战高炮部队的斗志。

8月30日，中央军委发出指示，要求各高炮部队再接再厉，发扬顽强作战的光荣传统，给入侵美机以更加有力的打击。援越高炮部队根据美机空袭规模日益增大的情况，调整了兵力部署。

美机对越南北方的轰炸，使用了世界上最先进的空袭兵器。使用的飞机主要有：F－105型、F－4C型、F－111型战术轰炸机，SR－71型、B－52型战略轰炸机；使用的炸弹和杀伤弹有：电视制导炸弹、“百舌鸟”空对地反雷达导弹、小斗犬战术导弹、重磅炸弹及定时炸弹，气浪弹、钢珠弹、菠萝弹、汽油弹等。中国援越高炮部队认真研究美机活动特点，研究打击美机新的作战方法和对付美机攻击的战术，在激烈残酷的防空作战中，英勇顽强，不怕牺牲，给来犯美机以坚决有力的打击。

10月5日，19架美军飞机对宋化铁路桥实施轮番轰炸，袭击掩护该桥的中国援越高炮部队63支队。63支队高炮某团同美机展开激战，击落美机5架，击伤1架。1966年5月31日，美机出动30批共109架飞机轰炸安沛，向中国高炮67支队阵地和掩护目标投下大量“波萝弹”、“子母弹”、气浪弹等各种炸弹，67支队的两个团在40摄氏度的高温下冒着硝烟烈火和阵地上横飞的弹片，同连续俯冲轰炸扫射的美机进行英勇搏斗。经过长达3小时17分钟的战斗，共击落美机16架，击伤10架，俘飞行员4名。

1967年3月10日和11日，美军出动33批107架飞机轰炸太原钢铁基地。保卫该基地的62支队在两天的战斗中，共击落美机18架，击伤5架，俘飞行员10名。11日下午的战斗中，4批16架F－105型美军作战飞机分4路向高炮阵地攻击，并向阵地炮瞄雷达发射3枚“百舌鸟”导弹。62支队的指战员发现美机发射导弹后，立即关机，使“百舌鸟”失去攻击目标，各高炮迅即用光学瞄准具捕捉目标，向敌机猛烈开火。用此种办法，制伏了美军的先进兵器，一举击落美机5架。

为了有效地打击美机，援越高炮部队在对道路、桥梁、车站、施工部队等进行重点掩护的同时，还根据美机来袭航路的规律、活动的特点，对美机实施机动伏击作战，适时转移阵地，出其不意地打击来犯美机，达到了既有效地保存自己、又有力地打击美机的目的。据9个支队统计，在机动伏击作战中，共击落美机125架。

中国援越各高炮支队和各工程支队的防空部（分）队，在3年零9个月的防空作战中，共作战2153次，击落美机1707架，击伤1608架，俘美军飞行员42名。中国援越高炮部队用鲜血和生命保卫了越南北方的领空。1968年3月31日，美国政府迫于国内和国际压力，对越南北方的轰炸开始“逐步降级”，5月13日，越、美两国开始在巴黎谈判。从11月1日起，美军停止轰炸越南北方，中国援越高炮部队于1969年3月中旬前陆续回国。