Theo kế hoạch, nửa đêm 25/12, toàn đội đã hành quân tới xã Cẩm Lý (cách Phai Khắt 15km), đóng quân trên một ngọn đồi. Cả đội thay quần áo, cải trang bằng những bộ quần áo lính dõng, lính tập mới thu được ở Phai Khắt. Tại đây, đội tiến hành chấn chỉnh đội ngũ, kiểm điểm rút kinh nghiệm trận đánh vừa qua, biểu dương các đồng chí đã hoàn thành tốt nhiệm vụ. Sau đó, Ban chỉ huy đội phổ biến lại kế hoạch tác chiến trận đánh Nà Ngần vào ngày hôm sau, đồng thời nghe các đồng chí cơ sở ở Nà Ngần báo cáo thêm những tin tức mới nhất về đồn Nà Ngần. Theo sự phân công của chỉ huy đội, trừ tổ cảnh giới thay nhau canh gác, tất cả được lệnh đi ngủ. Tới 3 giờ sáng 26/12, cả đội thức dậy tiếp tục hành quân về hướng Nà Ngần.

Ðồn Nà Ngần thuộc xã Cẩm Lý, nay thuộc xã Hoa Thám, huyện Nguyên Bình, nằm trên một đồi cao, địa thế hiểm trở, từ ngoài vào phải qua mấy thung lũng. Ðịch chọn nhà của tên phó lý Pảo - một ngôi nhà sàn ba gian kiên cố nhất trong bản, có hàng rào kín mấy lớp vây chung quanh, biến thành một đồn lính. Muốn lên được đồn phải đi men theo sườn một quả đồi, sau đó vượt qua một con suối rồi lại từ bờ suối bên kia đi ngược lên đỉnh đồi mới tới. Qua điều tra được biết, đồn này có 22 lính khố đỏ, do hai sĩ quan người Pháp chỉ huy. Hôm đó, hai tên chỉ huy này đều lên tỉnh, giao quyền lại cho tên đội Ðường, nổi tiếng phản động, chỉ huy.

Lực lượng ta đánh đồn Nà Ngần là toàn bộ đội viên đã tham gia đánh trận Phai Khắt, được tăng cường thêm một số ít súng đạn. Vì địa thế đồn Nà Ngần hiểm trở, cho nên ta không dùng cách đánh cường tập mà dùng mưu kế. Ðể dễ dàng lọt được vào đồn địch, Ban chỉ huy đội thống nhất kế hoạch: cải trang giả làm một toán lính dõng, lính khố đỏ đang dẫn giải ba "Cộng sản Mán" bị bắt đến giao nộp cho quan đồn. Ðồng chí Thu Sơn vẫn đóng vai đội sếp, chỉ huy tổ đi đầu. Ðồng chí Bế Văn Sắt đóng vai Xã đoàn, đội mũ hai vành trắng. Các đồng chí Bế Kim Anh, Thịnh Nguyên, Ðàm Quốc Chủng đóng giả lính khố đỏ. Ðồng chí Toàn (người Mán, có bí danh là Phạm Ngũ Lão), đồng chí Nông Văn Bê và một đội viên khác đóng vai ba "Cộng sản Mán" bị trói bằng dây thừng ở khuỷu tay. Ðến cách Nà Ngần 500m, trời còn chưa sáng rõ nên Ban chỉ huy cử người đi trước theo dõi tình hình địch, số còn lại dừng lại chờ trời sáng hẳn. Lúc này, toàn đội đã cải trang từ chiều hôm trước bằng những bộ quần áo lính dõng, lính tập.

Khoảng 7 giờ sáng, đợi sương tan, trời sáng rõ, cả "đội lính tập" do "sếp đội" Thu Sơn dẫn đầu tiến vào trong đồn. Lá cờ "tam tài" lấy được ở đồn Phai Khắt được người đi đầu hàng quân giơ cao. Khi tới quả đồi trước đồn, mọi người vừa đi vừa nói chuyện ầm ĩ để lính địch không nghi ngờ. Ðồng chí Thu Sơn cùng tổ xung phong dẫn theo "ba cộng sản" bị trói. Khi đến cổng đồn, tên cai và sáu lính xếp hàng hô nghiêm rồi bồng súng đứng chào. Ðồng chí Thu Sơn chìa giấy cho chúng xem; cùng lúc đồng chí Trương Ðắc đi sau rút thuốc lá mời và châm lửa cho bọn gác. Bốn năm tên lính trong đồn chạy ra thấy bắt được cộng sản lại có cả thuốc hút, gánh gạo, con gà và chai rượu đem nộp nên mừng tíu tít. Một tên hỏi: "Lại bắt được cộng sản người Mán à?". Tiểu đội trưởng Thu Sơn và đồng chí Mậu tiến thẳng vào trong đồn. Ðồng chí Trương Ðắc và một đồng chí khác đứng lại trước cổng nói chuyện với mấy tên lính gác. Cả đội tiến vào đồn. Ðột nhập xong, cả đội lên nhà sàn, khi đó lính địch số thì dọn chăn màn, số thì ngồi sưởi, số đi rửa mặt. Súng của chúng vẫn gác tại giá, chỉ riêng tên đội Ðường là ngồi ở bàn làm việc.

Theo kế hoạch đã vạch, bốn chiến sĩ tiến tới gian giữa án ngữ giá để súng. Ðồng chí Thu Sơn và Bế Văn Sắt nói chuyện với tên Ðường. Ðang nói chuyện, Thu Sơn phát hiện một tên lính mắt lấm la lấm lét nhìn và có ý định nói gì đó với tên đội Ðường. Thì ra tên này trước đây học cùng trường tiểu học với đồng chí Thu Sơn, cả hai người đều nhận ra nhau. Trước tình thế đó, đồng chí Thu Sơn lập tức hành động. Anh chĩa khẩu tiểu liên vào bọn địch và hô to: "Chúng tôi là quân cách mạng đến lấy súng Tây, tất cả giơ tay lên, không sẽ bị bắn". Nghe tiếng hô ở trong đồn, đồng chí Ðắc ở ngoài giật khẩu súng trường của tên gác, chĩa lên chòi buộc tên đang gác trên đó thả súng xuống. Bọn lính trong đồn rất hoảng hốt. Phó lý Pảo và mấy tên lính nhảy qua sàn hòng chạy trốn.

Bất ngờ, tên đội Ðường gạt khẩu súng của đồng chí Thu Sơn, xông vào định quật ngã đồng chí. Thấy vậy, đồng chí Nông Văn Bê nhào đến vật nhau với đội Ðường. Ðồng chí Thịnh Nguyên loay hoay tìm cách bắn và khi bắn chết được đội Ðường thì cũng đồng thời làm đồng chí Bê bị thương ở ngón tay (do đồng chí Bê trong lúc vật nhau, nằm đè lên trên đội Ðường, vòng tay xuống lưng hắn. Vì vậy, khi đồng chí Thịnh Nguyên nổ súng, viên đạn đã xuyên cả vào ngón tay đồng chí Bê). Bốn tên địch liều chết chống cự đều bị tiêu diệt. Tiểu đội 2 chặn các cửa đồn rồi chia thành từng tổ bao vây bắt tù binh. Tiểu đội 3 vừa bắn chỉ thiên vừa gọi địch đầu hàng. Bọn địch trong đồn phần lớn giơ tay đầu hàng, đứa quỳ, đứa đứng. Giữa đồn, đồng chí Hoàng Văn Thái phất cao lá cờ đỏ sao vàng. Toàn bộ quân địch còn lại buộc phải đầu hàng.

Trận đánh diễn ra trong vòng 15 phút. Ta tiêu diệt 5 tên, bắt 17 tên, kể cả phó lý Pảo và bọn lính tháo chạy, thu 27 súng, khá nhiều đạn và một thanh kiếm. Phía ta, đồng chí Nông Văn Bê bị thương nhẹ ở ngón tay. Toàn đội nhanh chóng thu gom súng đạn, tài liệu và phát truyền đơn biểu ngữ cho nhân dân. Tốp tù binh, một số xin đi theo cách mạng còn đa phần tù binh xin về quê. Ðược trả về quê lại được cấp lộ phí đi đường, tù binh địch rất cảm kích về sự khoan hồng và thái độ đối xử tốt của bộ đội cách mạng.

Ban chỉ huy đội nói chuyện với đồng bào tới mừng chiến thắng, rải truyền đơn tuyên truyền về chính sách Việt Minh, về bộ đội cách mạng; đồng thời căn dặn đồng bào trả lời thống nhất khi địch tới. Sau đó, toàn đội rút khỏi đồn Nà Ngần, mỗi người mang hai, ba khẩu súng và khá nhiều đạn chiến lợi phẩm. Cả Ðội vừa hành quân vừa hát bài "Tiếng suối reo". Ðội tiến về phía nam một quãng thì lại đổi hướng đi ngược lên phía bắc, để nghi binh đánh lạc hướng, vừa đi vừa xóa hết các dấu vết.

Cả ngày 26/12, anh em chỉ ăn một bữa cơm, nhưng khí thế chiến thắng đã làm mọi người quên đi cái đói, cái mệt. Ðồng chí Bàn Tài Ðoàn (bí danh là Ðoàn Kết) - cán bộ địa phương, nhà thơ dân tộc Dao, quê ở xã Hoa Thám, đi theo đội, đã tổng kết thành một câu rất đỗi tự hào: "Quân cách mạng chúng tôi ăn thì mỗi ngày một bữa, đánh thì mỗi ngày hai trận".

Hai trận đánh Phai Khắt, Nà Ngần tuy quy mô không lớn nhưng có ý nghĩa rất to lớn. Ðây là hai trận đánh có tổ chức, có kế hoạch, có công tác tham mưu, có công tác chính trị, công tác hậu cần. Hai trận đánh tiêu diệt nhanh gọn, diễn ra cách nhau mười mấy giờ, ở hai địa điểm cách nhau khoảng 15km.

Ðây là hai trận đầu ra quân của Ðội Việt Nam tuyên truyền Giải phóng quân - đội quân chủ lực của lực lượng vũ trang cách mạng Việt Nam dưới sự tổ chức, chỉ đạo của Ðảng Cộng sản Ðông Dương. Ðây cũng là trận đánh ra mắt của đội. Nó chứng tỏ nhận định sáng suốt của Ðảng: Cách mạng lúc này đã từ hình thức chính trị tiến lên hình thức quân sự. Những thắng lợi này báo hiệu cho toàn dân tiến lên trên con đường vũ trang tranh đấu để chuẩn bị cho thời kỳ đứng lên giành lấy chính quyền, giành lại độc lập, tự do cho Tổ quốc. Với nhân dân Việt Bắc, sau những ngày tháng bị thực dân Pháp khủng bố, đàn áp, chiến thắng Phai Khắt và Nà Ngần "như ngọn roi lửa của nhân dân Cao - Bắc - Lạng quật vào mặt quân thù sau một năm bị khủng bố trắng đẫm máu. Trận đánh chứng tỏ sức sống kiên cường, bất khuất của cách mạng Việt Nam... báo trước một tương lai thảm họa cho bọn thực dân xâm lược".

Ðối với đội, thắng lợi của hai trận đánh đã tạo niềm tin tất thắng cho các chiến sĩ giải phóng, đặc biệt để lại cho toàn đội những bài học kinh nghiệm quý báu đầu tiên cả về chính trị và quân sự. Mặt khác, số vũ khí thu được sau hai trận đánh đã giúp đội phát triển nhanh chóng cả về lực lượng lẫn trang bị. Hai thắng lợi đó đã mở đầu cho truyền thống đánh tiêu diệt, đánh thắng trận đầu, đánh liên tục và "nhiệm vụ nào cũng hoàn thành, khó khăn nào cũng vượt qua, kẻ thù nào cũng đánh thắng" của Quân đội nhân dân Việt Nam.

Sự xuất hiện bất ngờ của Ðội Việt Nam tuyên truyền Giải phóng quân, với hai chiến thắng vang dội Phai Khắt, Nà Ngần, đã tác động mạnh mẽ, gây hoang mang, lo sợ trong hàng ngũ quân địch, đồng thời cổ vũ tinh thần cách mạng của quần chúng, gấp rút chuẩn bị mọi mặt để đón thời cơ vùng dậy đạp đổ xiềng xích của thực dân, phong kiến, giành chính quyền cách mạng về tay nhân dân.

Còn đối với lịch sử Quân đội ta, "hai chiến thắng Phai Khắt, Nà Ngần đã biểu hiện tinh thần "Quyết chiến, quyết thắng", trí thông minh, sáng tạo của chỉ huy, lòng yêu nước và dũng khí chiến đấu của toàn thể đội viên Việt Nam tuyên truyền Giải phóng quân. Tính nhân dân của một đội quân cách mạng biểu hiện trong khi thu dọn chiến trường, đặt kế hoạch chống địch khủng bố, bảo vệ dân".