Đội hình chiến đấu gồm 12 đồng chí tiến quân bằng hai hướng:

Mũi 1: Gồm 7 đồng chí, trên một xe ôtô vận tải nhẹ do đồng chí Năm Lộc chỉ huy, đi theo hướng Nguyễn Bỉnh Khiêm rẽ qua Tự Đức và Phan Đình Phùng (nay là Nguyễn Đình Chiểu) đến mục tiêu. Nhiệm vụ xung phong vào hướng cửa chính, chiếm lĩnh khu vực phát sóng.

Mũi 2: Có 3 đồng chí vận động bộ (cách mục tiêu khoảng 100 m) do đồng chí Đặng Xuân Tẻo phụ trách, từ nhà 65 Nguyễn Bỉnh Khiêm tiến về hướng Đài chiếm lĩnh ngã ba Nguyễn Bình Khiêm - Phan Đình Phùng, nổ súng vào lô cốt trại an ninh quân đội ngụy, kiềm chế cho bộ phận ở hướng 1, đánh chiếm mục tiêu.

Mũi 1 đến cửa chính lúc 1 giờ 59 phút đã nổ súng diệt bọn lính gác cổng. Sau đó nhanh chóng dùng thủ pháo đánh bung cửa chính, mở đường xung phong vào trong. Khi ta nổ súng, địch ở tầng một đã bắn chi viện cho tốp lính gác cổng vừa bước xuống xe, đồng chí Trần Phú Cương trúng đạn, bị thương nặng không thể tiếp tục chiến đấu. Lúc này đội hình chiến đấu xung phong vào đài có 6 đồng chí, vừa đánh vừa phát triển vào trong. Trung đội lính bảo vệ đài lớp chết tại chỗ, một số lớn chạy bung ra phía sau về hướng bót an ninh của quân đội ngụy. Qua 5 phút chiến đấu, Đội 4 chiếm được tầng 1 và làm chủ khu vực đài, củng cố vị trí và thu một số súng đạn để sẵn sàng đánh địch phản kích.

Cũng trong thời gian đó, tổ kiềm chế của đồng chí Tẻo đã dựa vào địa hình bên đường, đánh lui nhiều đợt phản kích của quân đội ngụy từ hướng trại an ninh khiến địch không tiến được qua ngã ba để chi viện cho số ở trong đài.

Đêm 30, rạng 31/1/1968 (đêm mùng 1, rạng 2 Tết), 12 chiến sĩ Đội biệt động số 3 đánh chiếm Đài phát thanh Sài Gòn. Ảnh: Tư liệu TTXVN

Khoảng 4 giờ ngày 31/1, từ hướng Đa Kao, một đoàn thiết giáp vượt qua khu vực đài, bắn phá dữ đội khống chế các trục đường, hình thành một vòng vây trước cửa đài. Tổ kiềm chế phía ngoài đánh trả quyết liệt bằng cả lựu đạn, thủ pháo. Lúc này đồng chí Hiệp trong tổ kiềm chế đã hy sinh. Gần sáng một máy bay trực thăng của địch quần đảo liên tục, vừa kêu gọi quân ta đầu hàng, vừa bắn rốc két và ném lựu đạn xuống trận địa.

Trời sáng rõ, vòng vây của giặc siết chặt. Lực lượng địch ở hướng bót an ninh, có sự chi viện của thiết giáp nên đã phát triển đội hình đến trước cửa chính của đài và án ngữ dày đặc trên đường Nguyễn Bình Khiêm và Phan Đình Phùng. Địch tăng cường thêm hai chiếc trực thăng quần đảo, gọi đầu hàng và ném lựu đạn, bắn rốc két… Toàn khu vực khói lửa cuồn cuộn. Lúc này tổ yểm trợ phía ngoài hy sinh thêm đồng chí Hai Còm, chỉ còn lại một mình đồng chí Ba Tèo. Anh lách theo các bức tường, rút về nhà 65 Nguyễn Bỉnh Khiêm. Địch phát hiện, bắn theo dữ dội.

Bên trong đài, tình hình khó khăn hơn, ta hy sinh thêm hai đồng chí Hùng và Tỷ, bốn đồng chí còn lại đều bị thương. Địch đã xông vào được phía bên trong cửa chính, và hai bên đã quan sát được từng động tác chiến đấu của nhau. Địch đã dùng hỏa lực pháo của xe tăng bắn vào đội hình của ta. Khi không còn đạn và lựu đạn chiến đấu, các chiến sĩ dùng khối nổ 20 kg đã chuẩn bị sẵn để quyết tử và hủy luôn đài phát thanh của ngụy. Lúc bấy giờ là 6 giờ sáng, giờ sài Gòn ngày 31/1/1968, đúng mồng hai Tết!

Ba ngày sau, đồng chí Tư Tăng và đồng chí Ba Tẻo được chị Trần Thị Út (vợ đồng chí Trần Phú Cường) lợi dụng lúc địch sơ hở đưa ra khỏi khu vực phong tỏa trở về vùng căn cứ.