Phát hiện lực lượng lớn của QĐNDVN đang tiến về lòng chảo Điện Biên, de Castries liên tục tung lực lượng giải tỏa các ngọn đồi. Theo Benard Fall thì từ ngày 6 tháng 12 năm 1953 đến 13 tháng 3 năm 1954, de Castries đã huy động một nửa lực lượng của tập đoàn cứ điểm vào những cuộc hành binh giải tỏa: "Theo những bản kê mới nhất từ Điện Biên Phủ gửi về, thiệt hại của binh đoàn đồn trú từ 20 tháng 11 đến 15 tháng 2 đã lên tổng số 32 sĩ quan, 96 hạ sĩ quan và 836 binh lính, tương đương với 10% số sĩ quan và hạ sĩ quan và 8% binh lính ở thung lũng. Nói cách khác, số tổn thất của người Pháp tương đương với một tiểu đoàn bộ binh nhưng số sĩ quan là của hai tiểu đoàn. Trong tổng số này còn chưa tính đến số thiệt hại của các đơn vị trong cuộc hành binh Pollux".

Navarre đã viết trong cuốn hồi ký của mình: "Trong thời gian này, đại tá Castries thực hành những trận chiến đấu mạnh mẽ có tính thăm dò xung quanh Điện Biên Phủ. Ở khắp nơi, quân Pháp đều vấp phải những đơn vị bộ đội vững vàng và phòng ngự rất giỏi của địch. Chúng ta bị thiệt hại khá nặng nề. Rõ ràng là vòng vây chung quanh tập đoàn cứ điểm không hề bị rạn nứt".

Tướng Gilles muốn phát hiện những nơi đóng quân của đối phương và chuẩn bị cho kế hoạch tiếp theo cuộc hành quân Castor, tức là đón đoàn quân từ Lai Châu rút xuống, rời bỏ pháo đài cuối cùng của Pháp ở vùng thượng du vì biết trước không thể nào đương đầu nổi với các sư đoàn 308 và 316 của Việt Minh. Cuộc hành quân rút khỏi Lai Châu được mang tên mật là Cuộc hành quân Pollux. Điều rủi ro là các sư đoàn Việt Nam có thể ngăn chặn cuộc rút quân từ Lai Châu về Điện Biên Phủ. Để hạn chế mối nguy hiểm này, trung tá André Trancart, chỉ huy binh đoàn tác chiến Tây bắc đã nhận được chỉ thị phân chia số binh lính đóng ở Lai Châu làm ba bộ phận để rút lui.

Giai đoạn ba của cuộc hành quân đã biến thành một cuộc chạy trốn hỗn loạn. QĐNDVN đã có mặt ở Lai Châu sớm hơn dự đoán của Pháp, lính chặn hậu của Pháp bị bộ đội chủ lực của sư đoàn 316 đuổi đánh quyết liệt. Lính người Thái trang bị kém, thường chỉ thường dùng vào việc biệt kích phá hoại, không quen với chiến đấu chính quy đã bị đánh tan tác. Những tốp lính Thái đi chân đất chạy trốn, không còn lương thực, đạn dược. Sáng 10 tháng 12, 200 lính Thái này do trung sĩ Blanc chỉ huy bị vây chặt ở Mường Pồn là một bản nhỏ cách Điện Biên Phủ 18 km, trên đường Pavie từ Điện Biên Phủ đi Lai Châu, và bị tiêu diệt sau 36 giờ chống cự. Tiểu đoàn dù lê dương tới chi viện bị phục kích, bộ đội Việt Nam áp sát đánh xáp lá cà khiến máy bay B-26 Invader ném bom trúng cả quân Pháp. Đại đội 2 thuộc tiểu đoàn dù lê dương là đơn vị thương vong nặng nhất trong cuộc hành quân: 11 người bị chết, khoảng 30 người bị thương và mất tích.

Nếu so sánh với cánh quân lính Thái từ Lai Châu rút về mà lính dù lê dương có nhiệm vụ đi đón thì thiệt hại của đơn vị dù lê dương vẫn còn nhẹ. Khi rời khỏi Lai Châu ngày 8 tháng 12, toàn bộ các đại đội lính Thái có 2.101 người trong đó có 3 sĩ quan, 34 hạ sĩ quan người Pháp. Khi những binh lính sống sót cuối cùng đến được Điện Biên Phủ ngày 20 tháng 12, chỉ còn lại có 1 sĩ quan là trung úy Ulpat, 9 hạ sĩ quan và 175 lính Thái.

Tuy thế, giới chỉ huy Pháp vẫn rất tự tin vào chiến thắng. Bộ trưởng Quốc phòng René Pleven đã báo cáo với Chính phủ Pháp sau chuyến đi thị sát tình hình Đông Dương: "Tôi không tìm được bất cứ ai tỏ ra nghi ngờ về tính vững chắc của tập đoàn cứ điểm. Nhiều người còn mong ước cuộc tiến công của Việt Minh".

Về phía QĐNDVN, công tác chính trị ngay trước trận đánh được triển khai một cách sâu rộng. Cán bộ, chiến sĩ được phổ biến chỗ mạnh, chỗ yếu của Pháp, những điều kiện tất thắng của mình. Ý nghĩa to lớn của chiến dịch thấm tới từng người: "Tiêu diệt tập đoàn cứ điểm mạnh nhất của địch, đập tan kế hoạch Nava, đánh bại âm mưu kéo dài chiến tranh xâm lược của đế quốc Pháp - Mỹ, mở ra một cục diện mới cho kháng chiến".

Tổng quân ủy gửi thư hiệu triệu toàn thể cán bộ, đảng viên hoàn thành nhiệm vụ Trung ương Đảng đã trao. Nhân ngày kỷ niệm thành lập Quân đội nhân dân 22 tháng 12 năm 1953, Hồ Chủ tịch đã trao cho mỗi đại đoàn, mỗi quân khu một lá cờ "Quyết chiến Quyết thắng" làm giải thưởng luân lưu. Các chi bộ đều mở hội nghị xác định thái độ đảng viên, kêu gọi đảng viên dẫn đầu trong chiến đấu, cắm bằng được lá cờ trên nóc sở chỉ huy tập đoàn cứ điểm. Lá cờ Quyết chiến Quyết thắng đã trở thành một biểu tượng trong cả chiến dịch, trong mỗi trận đánh.

Ngày 11 tháng 3 năm 1954, Chủ tịch Hồ Chí Minh gửi thư tới các chiến sĩ: "Các chú sắp ra trận. Nhiệm vụ các chú lần này rất to lớn, khó khăn nhưng rất vinh quang... Bác tin chắc rằng các chú sẽ phát huy thắng lợi vừa qua, quyết tâm vượt mọi khó khăn gian khổ để làm tròn nhiệm vụ vẻ vang sắp tới... Chúc các chú thắng to!"

Cùng ngày, lệnh động viên toàn thể cán bộ, chiến sĩ mở cuộc tiến công vào tập đoàn cứ điểm Điện Biên Phủ đã được gửi tới các đơn vị: "Chiến dịch Điện Biên Phủ sắp bắt đầu! Đây là chiến dịch công kiên quy mô lớn nhất trong lịch sử quân đội ta... Đánh thắng ở Điện Biên Phủ, chúng ta sẽ phá tan kế hoạch Nava, giáng một đòn chí tử vào âm mưu mở rộng chiến tranh của bọn đế quốc Pháp - Mỹ. Chiến dịch thắng lợi sẽ có ảnh hưởng vang dội trong nước và ngoài nước, sẽ là một cống hiến xứng đáng vào phong trào hòa bình thế giới đòi chấm dứt chiến tranh ở Việt - Miên - Lào... Giờ ra trận đã đến! Tất cả các cán bộ và chiến sĩ, tất cả các đơn vị, tất cả các binh chủng hãy dũng cảm tiến lên, thi đua lập công, giật lá cờ Quyết chiến Quyết thắng của Hồ Chủ tịch".

Chiến dịch diễn ra trong 55 ngày đêm nhưng các trận đánh không diễn ra liên tục, vì QĐNDVN có khó khăn trong hậu cần nên không thể tiến công liên tục mà chia thành các đợt tiến công. Sau mỗi đợt lại tổ chức lại quân số, bổ sung hậu cần.