Ngày 22/12/1944, đồng chí Hoàng Văn Thái vinh dự được tham gia Ban Chỉ huy Đội Việt Nam Tuyên truyền Giải phóng quân và được giao phụ trách công tác tuyên truyền, binh vận. Đối với việc lựa chọn mục tiêu cho trận ra quân đầu tiên của Đội Việt Nam Tuyên truyền Giải phóng quân, đồng chí Hoàng Văn Thái đề xuất đánh đồn Phai Khắt thay vì phục kích. Vì muốn bảo đảm đánh thắng trận đầu thì phải đánh vào những nơi gần dân, có cơ sở chính trị tốt. Và chiến thắng của hai trận Phai Khắt, Nà Ngần, mở đầu cho truyền thống “quyết chiến, quyết thắng” của Quân đội nhân dân Việt Nam đã chứng minh nhận định chính xác của đồng chí Hoàng Văn Thái. Từ sau thắng lợi này, đồng chí Hoàng Văn Thái được giao phụ trách tác chiến và tình báo. Đây chính là bước khởi đầu cho sự thăng hoa của một nhà tham mưu chiến lược.

Theo đề nghị của đồng chí Võ Nguyên Giáp, ngày 7/9/1945, Chủ tịch Hồ Chí Minh giao cho đồng chí Hoàng Văn Thái nhiệm vụ thành lập, tổ chức Bộ Tổng Tham mưu với lời dặn: “Bây giờ chưa có kinh nghiệm, chưa hiểu biết về công tác tham mưu, có khó khăn đấy, nhưng phải cố gắng vừa làm vừa học, có quyết tâm làm thì khó mấy cũng làm được, thế nào ta cũng xây dựng được một ngành tham mưu vững mạnh, tài cán, xứng đáng với dân tộc Việt Nam mưu trí, sáng tạo và anh hùng bất khuất, để bảo vệ độc lập Tổ quốc, tự do của dân tộc”.

Trên cương vị Tổng Tham mưu trưởng đầu tiên của Quân đội nhân dân Việt Nam, đồng chí Hoàng Văn Thái đã có nhiều đóng góp quan trọng, đặt nền móng vững chắc cho sự hình thành, phát triển của cơ quan tham mưu chiến lược và ngành tham mưu các cấp trong quân đội. Đồng chí luôn chú trọng việc xây dựng và huấn luyện các đơn vị bộ đội chủ lực vững mạnh toàn diện cả về chính trị, tư tưởng, tổ chức, kỷ luật, trình độ kỹ chiến thuật, vũ khí trang bị, hậu cần... để từ đó tạo ra những “quả đấm thép”, thực hiện những trận đánh, những chiến dịch mang tính chất bước ngoặt cho cuộc kháng chiến.

Trong Thu - Đông 1947, thực dân Pháp huy động hơn một vạn quân mở cuộc tiến công lên Việt Bắc hòng tiêu diệt bộ đội chủ lực, “bắt gọn cơ quan đầu não của Việt Minh”, giành thắng lợi quyết định, nhanh chóng kết thúc cuộc chiến tranh xâm lược. Trước tình hình đó, Trung ương Đảng, đứng đầu là Chủ tịch Hồ Chí Minh quyết định mở Chiến dịch phản công Việt Bắc Thu - Đông 1947 - chiến dịch đầu tiên của Quân đội nhân dân Việt Nam, để đập tan âm mưu của thực dân Pháp.

Nhìn nhận thẳng thắn về thực trạng “Chiến tranh du kích chưa mạnh, bộ đội ta chưa đánh được trận nào đáng kể”, Tổng Tham mưu trưởng Hoàng Văn Thái thống nhất với Bộ Tổng Tư lệnh về việc tổ chức và bố trí lực lượng theo phương châm “Đại đội độc lập, tiểu đoàn tập trung”. Đồng chí nhấn mạnh, đây là chủ trương sáng tạo, phù hợp với tình hình chiến trường, nhằm đẩy mạnh tác chiến du kích ở khắp các địa phương để phân tán, kìm chân địch, tạo điều kiện cho những trận tác chiến tập trung, tiến tới bẻ gãy từng gọng kìm của địch vào Việt Bắc và là cách đánh đã giải quyết được vấn đề mà trước đó chưa có lời giải triệt để, đó là: “Quy mô tác chiến của bộ đội chủ lực đánh vận động nên như thế nào. Cỡ đại đội, tiểu đoàn hay lớn hơn?”.

Trong Chiến dịch phản công Việt Bắc Thu - Đông 1947, Tổng Tham mưu trưởng Hoàng Văn Thái với cương vị Chỉ huy trưởng Mặt trận Bắc Kạn - Đường số 3, đã cụ thể hóa đường lối kháng chiến toàn dân, toàn diện của Đảng, vận dụng linh hoạt nguyên tắc tác chiến “đại đội độc lập, tiểu đoàn tập trung” vào thực tiễn chiến trường, tạo thế, tạo lực cho chiến tranh du kích phát triển, góp phần tiêu diệt địch, bảo toàn lực lượng ta, giữ vững căn cứ địa Việt Bắc, đập tan ý đồ “đánh nhanh, thắng nhanh” của địch.

Trong Chiến dịch Biên giới 1950 - chiến dịch tiến công quy mô lớn đầu tiên của Quân đội nhân dân Việt Nam, Thiếu tướng Hoàng Văn Thái trên cương vị Tham mưu trưởng chiến dịch đã tham mưu cho Đảng ủy và Bộ Chỉ huy chiến dịch chọn đúng mục tiêu, hướng, khu vực tiến công chủ yếu; chỉ đạo tập trung hỏa lực trong các trận then chốt.

Vì “Chiến dịch này hết sức quan trọng, chỉ được thắng không được thua !”, chỉ huy trưởng chiến dịch Đại tướng Võ Nguyên Giáp và Tham mưu trưởng chiến dịch Thiếu tướng Hoàng Văn Thái đều thống nhất chuyển mục tiêu tiến công mở màn chiến dịch từ thị xã Cao Bằng sang Đông Khê, nơi địch “tương đối yếu, nhưng lại hiểm yếu”. Và để bảo đảm “đánh chắc thắng”, đồng chí Hoàng Văn Thái được giao trực tiếp chỉ huy Mặt trận Đông Khê, tổ chức trận then chốt mở màn chiến dịch.

Nhận định về cứ điểm Đông Khê, đồng chí Hoàng Văn Thái nhấn mạnh: “Vai trò của cứ điểm này là tạo thế cho chiến dịch, nên nó hết sức quan trọng. Thành bại của nó ảnh hưởng lớn đến chiến dịch”. Dưới sự chỉ đạo trực tiếp của đồng chí Hoàng Văn Thái, trận “đột phá khẩu” mở màn Chiến dịch Biên giới đã giành được thắng lợi nhanh chóng, tiêu diệt hoàn toàn cứ điểm Đông Khê, buộc địch phải rút khỏi Cao Bằng, tạo chuyển biến có lợi về thế và lực cho ta tiến lên kết thúc thắng lợi chiến dịch tiến công quy mô lớn đầu tiên trong cuộc kháng chiến chống thực dân Pháp xâm lược.

Trên cơ sở đánh giá toàn diện tình hình, Bộ Chính trị, Quân ủy Trung ương quyết định mở cuộc tiến công chiến lược năm 1972, trong đó, chiến trường Quân khu 8 - Trung Nam Bộ được xác định là hướng trọng tâm đánh phá bình định, mở mảng, mở vùng, hỗ trợ cho các chiến trường khác, góp phần hình thành cuộc tiến công chiến lược trên toàn miền Nam. Thực hiện chủ trương nêu trên, Trung ương Cục miền Nam, Quân ủy và Bộ Chỉ huy Miền quyết định mở Chiến dịch tiến công tổng hợp trên địa bàn các tỉnh Quân khu 8 (từ ngày 10/6 - 10/9/1972).

Đây là lần đầu tiên, loại hình chiến dịch tiến công tổng hợp được tổ chức ở chiến trường đồng bằng sông Cửu Long. Vì vậy, kinh nghiệm tổ chức, điều hành loại hình chiến dịch này vẫn còn mới mẻ đối với nhiều cán bộ lãnh đạo. Không những vậy, chiến trường đồng bằng sông Cửu Long còn là một trong những trọng điểm bình định của chính quyền Sài Gòn.  

Để bảo đảm cho thắng lợi của chiến dịch, Trung tướng Hoàng Văn Thái, Phó Bí thư Trung ương Cục miền Nam, Tư lệnh Bộ Chỉ huy Miền được cấp trên tin tưởng giao trọng trách giữ chức Tư lệnh kiêm Chính ủy Chiến dịch tiến công tổng hợp Quân khu 8. Từ những kinh nghiệm tích lũy được từ quá trình chỉ đạo các chiến dịch trong kháng chiến chống thực dân Pháp và đế quốc Mỹ xâm lược, Tư lệnh Hoàng Văn Thái đã xác định yêu cầu cốt lõi của loại hình chiến dịch này là phải nâng tầm các mũi tiến công quân sự, chính trị, binh vận lên ngang bằng nhau trên quy mô chiến dịch, để phát huy hiệu quả to lớn của ba mũi giáp công.

Trong quá trình chỉ đạo, điều hành chiến dịch, Trung tướng Hoàng Văn Thái luôn khẳng định tiến công quân sự là “đòn xeo” quan trọng để thực hiện đột phá, mở đường cho hoạt động binh vận và phong trào đấu tranh chính trị của quần chúng phát triển nhưng đồng thời cũng nhấn mạnh vai trò tích cực của hai mũi tiến công chính trị và binh vận.

Dưới sự chỉ đạo sâu sát của đồng chí Hoàng Văn Thái, Chiến dịch tiến công tổng hợp ở Quân khu 8 đã phát huy hiệu quả vai trò nòng cốt của ba mũi quân sự, chính trị, binh vận và đạt được nhiều kết quả to lớn, vượt xa các chiến dịch tiến công tổng hợp trước đó về cả quy mô cũng như hiệu suất. Thắng lợi của chiến dịch đã bổ sung thêm nhiều nhân tố mới cho nghệ thuật quân sự Việt Nam, nhất là phương thức phát huy hiệu quả sức mạnh tổng hợp của ba mũi giáp công để đánh phá bình định, mở mảng, mở vùng; đưa loại hình chiến dịch tiến công tổng hợp đạt đến đỉnh cao trong cuộc kháng chiến chống Mỹ, cứu nước.

Với kinh nghiệm nhiều năm lãnh đạo, chỉ huy hai chiến trường lớn đánh Mỹ là Khu 5 và B2, đầu năm 1974, Phó Tổng Tham mưu trưởng thứ nhất Hoàng Văn Thái được phân công trở lại Bộ Tổng Tham mưu phụ trách hai khối công việc lớn là chỉ đạo tác chiến và chỉ đạo công tác chi viện chiến trường.

Được đồng chí Võ Nguyên Giáp giao nhiệm vụ, đồng chí Hoàng Văn Thái cùng với Tổ trung tâm Bộ Tổng Tham mưu tiếp tục chuẩn bị kế hoạch chiến lược giải phóng miền Nam từ lần dự thảo thứ tư (tháng 5/1975) đến lần dự thảo thứ tám (tháng 12/1974). Với nỗ lực của đồng chí Hoàng Văn Thái cùng tập thể Tổ trung tâm, ngày 08/1/1975, Bộ Chính trị thông qua kế hoạch chiến lược hai năm 1975-1976 và dự kiến nếu thời cơ đến vào đầu hoặc cuối năm 1975 thì lập tức giải phóng miền Nam trong năm 1975.

Trong những ngày tháng sôi động đầu năm 1975, đồng chí Hoàng Văn Thái cùng các cơ quan của Bộ Quốc phòng đôn đốc, giải quyết những yêu cầu cấp thiết của các quân khu phía Nam như bổ sung quân số, vũ khí, đạn dược, nhất là súng đạn lớn và quân trang, quân dụng, lương thực, thực phẩm. Đồng chí còn làm việc với các bộ, các tổng cục thuộc Chính phủ nhằm thống nhất kế hoạch huy động sức người, sức của, bảo đảm kế hoạch tác chiến chiến lược thắng lợi, cố gắng đáp ứng cao nhất nhu cầu về đạn cho trận quyết chiến chiến lược giải phóng Sài Gòn - Gia Định.

Cuộc Tổng tiến công và nổi dậy mùa Xuân 1975, với đỉnh cao là Chiến dịch Hồ Chí Minh lịch sử giành được thắng lợi vang dội, kết thúc trọn vẹn sự nghiệp kháng chiến chống Mỹ, cứu nước là kết quả của việc phát huy cao độ tinh thần, trí tuệ, sức mạnh và ý chí, quyết tâm của toàn Đảng, toàn dân và toàn quân ta; trong đó có những đóng góp quan trọng của Thượng tướng Hoàng Văn Thái về công tác chỉ đạo tác chiến và chỉ đạo công tác chi viện chiến trường.