南越國防軍面對被俗稱為越共游擊隊的越南反政府武裝（越南南方民族解放陣線）節節敗退。為了阻止越南民主共和國對南越反政府武裝（越南南方民族解放陣線）的物資和人員支持，越南國防軍海軍對越南民主共和國沿岸海軍基地進行打擊。美國海軍也派出艦艇協助，進行電子戰支持，即靠近越南民主共和**事基地，挑起沿岸設施使用雷達從而暴露位置，由越南國防軍海軍炮火予與摧毀。1964年7月31日一艘在靠近越南民主共和國領海的海域進行此種支援任務的美國驅逐艦馬多克斯號遭到越南人民軍魚雷艇攻擊，並在附近的航空母艦支援下擊沉其中一艘。8月4日馬多克斯號與turnerjoy號往北航行時，後者被雷達信號追蹤並宣稱受到攻擊，兩艘船隨即採取應對措施。美國以轟炸越南人民軍海軍基地作為報復。這就是著名的北部灣事件。
北部灣事件是越南戰爭的重大分水嶺。越南民主共和國和美國與越南共和國都把它看作對方的蓄意攻擊，並做出了強硬反應。越南人民軍和南越反政府武裝（越南南方民族解放陣線）對多處美**事基地發動了襲擊。越南人民軍第325師進入越南共和國領土集結，標誌著越南人民軍對越南共和國的公開武裝顛覆。美國政府宣佈越南民主共和國攻擊了位於公海上的美**艦，但並未提及他們的任務。美國國會於8月7日通過北部灣決議案，授權總統以他的判斷動用包含武裝力量在內的一切行為來應付此事件。這事實上給予了美國總統林登·約翰遜在不經宣戰的情況下發動戰爭的權力，而他個人雖然一開始並不願意派兵參戰，不久後美國在越南戰爭中的參與程度依舊無可避免的不斷攀升。1965年二月美國國防軍在pleiku的軍事基地遭到襲擊，美國空軍隨即發動第一次報復性打擊。3月8日3500名美國海軍陸戰隊隊員在越南共和國峴港市登陸，成為第一批進入戰區的美國國防軍戰鬥人員。7月24日一架f-4c被射下後，林登·約翰遜總統將美國駐越南部隊提升至十二萬五千人；翌日美國國防軍第101空降師的四千人員進入越南。11月27日，美國國防部要求提升美國國防軍數目至四十萬人以便執行計劃中的大規模掃蕩行動；到了年底，美國國防軍在越南的數目已高達十八萬四千人。到了1966年八月，已有多達四十二萬九千名美軍士兵駐守在越南。
正當美國國防軍數目不斷增加的同時，在1965年8月18日，美國海軍陸戰隊的五千五百名士兵發動了戰爭中的第一場大規模陸地戰；在空中支援並一場大規模炮擊下，美國國防軍成功摧毀南越反政府武裝（越南南方民族解放陣線）在v的基地。同年11月14日星期日早上10時48分，美國國防軍第一騎兵師第七騎兵團的三個營和越南人民軍第66團在德浪河谷相遇，越南人民軍有2000人駐守，是奠邊府戰役的精銳之師，於是爆發美國國防軍和越南人民軍的第一場大規模戰鬥。3天激戰後，越南人民軍陣亡1037人，美國國防軍陣亡234人，以平手收場，但越南民主共和國將越南共和國分為兩段的計劃也因此失敗。這兩場戰役使越南民主共和國從此決定避免與美國國防軍進行正面衝突，改而採取恐怖襲擊的辦法。
越南戰爭空中作戰也同樣的大規模提升；美國總統林登·約翰遜批准了滾雷行動，對越南民主共和國進行大規模轟炸。然而美國對越南民主共和國的所有轟炸行動與目標都由美國政府進行嚴密的控制，每日的轟炸目標的選擇由美國國防部和美國總統府來規劃，前線指揮官無法根據實際需求加以修改。偏偏美國國防部與美國總統府非常擔心波及中國或是蘇聯派駐在當地的顧問而引發的正面戰爭，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，美國國防軍在未經批准下無法攻擊越南民主共和國的軍用機場，即使看到地面越南人民軍空軍的戰鬥機在準備起飛也不行。
因此，旨在阻止越南民主共和國對越南共和國武裝滲透的滾雷行動在這種綁手綁腳的指揮下，幾乎無法發揮功效。農業社會的越南民主共和國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，使越南民主共和國能順利的接收他們提供的軍用物資而武裝起軍隊。就這樣，越南人民軍司令員武元甲依然將他手下的部隊以驚人的速度武裝滲透越南共和國；整團的越南人民軍分散進入胡志明小道，頂著空襲，進入越南共和國集結。
在地面上，成功獲得大規模增兵的美國國防軍駐越南最高司令官威斯特摩蘭將軍發動了一系列「搜尋並摧毀」的行動。他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，越南民主共和國最終將被迫認輸。同時，越南人民軍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國國防軍進攻，激戰至傷亡達到一定程度後就撤離戰場。越南民主共和國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國防軍撤出越南。
此時不論是威斯特摩蘭將軍或美國政府的政治人物都不斷表示美國國防軍正在取得勝利。但戰術上的勝利無助於改變美國的困境。因此，美國開始透過越南國防軍比一些美國國防軍來進行和平化政策，希望加強對已控制住的農村地區的執政及社會治安，避免再度被越南人民軍和南越反政府武裝（越南南方民族解放陣線）滲透。然而，越南國防軍的**及對平民的殘暴使該政策基本上毫無進展。
這時，為了吸引越南人民軍進行正面戰鬥並阻止物資不斷透過胡志明小道進入越南共和國，美國國防軍決定投入大量部隊進入溪山軍事基地。依照計劃，這將迫使越南人民軍發動一場類似十年前，越南人民軍擊敗法國國防軍的奠邊府戰役的攻擊。當雙方都大舉加強自己的陣地後，不斷的炮擊使戰場變的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，越南人民軍在攻勢被擊退三次後，決定開始撤離戰區。在溪山戰役中，美國強大的後勤力、直升機、空中力量等，以數百的傷亡消滅了數倍的敵軍。然而事實上，這似乎是越南民主共和國為了使美國分心的結果；因為美國國防軍高層注意力幾乎都在溪山，以致於對接下來的恐怖襲擊（春節攻勢）幾乎完全沒有準備。越南戰爭1968年1月底，越南民主共和國發動了規模空前的恐怖襲擊（春節攻勢）。超過8萬越南人民軍和南越反政府武裝（越南南方民族解放陣線）對越南共和國幾乎所有的大小城市發起了襲擊。然而越南共和國人民卻沒有如預期的發動大規模動亂，使越南人民軍在遭受美國國防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，但在越南共和國首都西貢市中維持長達三天，越南的傳統首都順化激戰持續一個月。美國國防軍溪山軍事基地被圍困76天，因為破壞太嚴重，解圍後不得不放棄使用。在春節攻勢，越南人民軍遭受約三萬餘陣亡、四萬負傷的沉重打擊；但到了5月，他們就恢復了進攻能力。恐怖襲擊（春節攻勢）的慘烈狀況在美國公眾中造成了震驚，林登·約翰遜總統和威斯特摩蘭將軍一直宣稱越南民主共和**事力量在節節削弱。並承諾戰爭會在短期內結束。但恐怖襲擊（春節攻勢）表明越南民主共和國依然具有巨大的軍事力量，越南戰爭的結束依然遙遙無期。越南民主共和**事上的失敗，卻同時是精神上以及宣傳上的勝利，使恐怖襲擊（春節攻勢）成為越南戰爭中的轉折點。美國政府高層內部因為恐怖襲擊（春節攻勢）而失去戰意。當威斯特摩蘭將軍計劃動用二十萬六千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是美國駐越南部隊的瀕死掙扎，最後迫使原本同意增援的美國總統林登·約翰遜放棄增援。1968年3月31日美國總統林登·約翰遜發表演講，終止滾雷行動，表示美國國防軍將逐步撤出越南，並宣佈放棄競選下任總統。1968年6月，阿布拉姆斯（abrams）將軍接替威斯特摩蘭指揮美國駐越南部隊。
另外，受美國政府邀請的韓國政府，也從1965年開始派青龍（韓國海軍陸戰隊第二旅）、白虎（韓國第9步兵師）、猛虎（韓國首都師）等戰鬥部隊，到1973年的九年間一共累計有三萬以上的韓國士兵參加了越南戰爭，最多時有五萬人在越南。其中4687人戰死，射殺了四萬多名敵軍和平民。為了支付韓國的國防開支，美國向韓國提供了10億美元左右。韓國是美國以外最大的派兵國家。
另外美國的太平洋盟國，包括日本、菲律賓等國家，中國台灣或多或少皆有間接介入戰役。較廣為人知的是，美國國防軍曾由中國台灣抽調空軍f-5戰鬥機進入越南，並於中國台灣省台中市派駐f-4中隊填補，目前中國台灣號稱東南亞最大的台中清泉崗機場，亦是為支援b-52進行轟炸而構築的機場。此外，中國台灣的軍事顧問、電子作戰以及特工在越南共和國亦十分活躍，為此中國台灣駐越南共和國大使館亦曾遭受攻擊。一般皆相信，中國台灣派出少量的特種部隊入越參戰，不過規模和次數都不大，亡1人。
美國亦曾要求英國派遣一支1500人的尼泊爾僱傭兵部隊參加越戰，但遭到了英國的拒絕。原因是英國在蘇伊士運河戰爭中失敗後，當時的英國政府的外交政策是，盡量避免在國際上直接參與任何衝突。
美國在歐洲的另一個盟國——聯邦德國，由於憲法嚴格限制其向海外派兵參與衝突，這次找到了繞過憲法禁令的機會。德意志聯邦共和國政府迴避在國內對這一問題進行公開討論，應美國政府的要求，瞞著老百姓，於上世紀60年代中期秘密地向越南派出了2500名德**人，包括120名飛行員，這些飛行員駕駛美國空軍飛機直接參加了對越南的軍事行動。