Đợt 2 từ 30 tháng 3 đến 30 tháng 4, Quân đội Nhân dân Việt Nam đánh phân khu trung tâm đặc biệt là dẫy điểm cao quan trọng phía đông, vây lấn bóp nghẹt tập đoàn cứ điểm. Đây là đợt tiến công vào phân khu trung tâm chủ yếu nhằm chiếm dẫy đồi phía đông khống chế cánh đồng Mường Thanh (các cụm Dominique và Eliane) với hơn một vạn quân, nằm trên dãy đồi phía đông và ken nhặt với nhau trên cánh đồng hai bên bờ sông Nậm Rốm. Hơn ba mươi cứ điểm ở đây được chia thành 4 trung tâm đề kháng mang tên những cô gái: Huguette, Claudine, Eliane, Dominique. Mỗi trung tâm đề kháng gồm nhiều cứ điểm.

Huguette và Claudine gồm khoảng hai chục cứ điểm ở phía tây, nằm trên cánh đồng bằng phẳng bên hữu ngạn sông Nậm Rốm. Eliane và Dominique ở phía đông, gồm hơn một chục cứ điểm tiếp giáp nhau bên tả ngạn sông Nậm Rốm, có những cao điểm lợi hại kiểm soát toàn bộ trận địa khu trung tâm. Trong số các cao điểm này, Eliane 2 (đồi A1) giữ vai trò đặc biệt quan trọng, vì nó khống chế một phạm vi khá rộng gồm cả khu vực sở chỉ huy của de Castries và hai chiếc cầu trên sông Nậm Rốm.

Chủ trương của Đảng ủy Mặt trận trong đợt 2 là tập trung ưu thế binh hỏa lực đánh chiếm đồng thời các cao điểm phía đông. Trong số này, có 5 cao điểm quan trọng. Đó là các cao điểm E, D1 thuộc trung tâm đề kháng Dominique, và các cao điểm C1, C2, A1 thuộc trung tâm đề kháng Eliane.

• Đại đoàn 312, được phối thuộc hai đại đội sơn pháo 75 ly, hai đại đội súng cối 120, một đại đội súng cối 82 có nhiệm vụ tiêu diệt các cao điểm E (Dominique 1), D1 (Dominique 2), D2 (Dominique 3) thuộc trung tâm đề kháng Dominique, và dùng một đơn vị thọc sâu đánh vào vị trí pháo binh Pháp ở cao điểm 210 (Dominique 6), và tiểu đoàn dù 5 hoặc tiểu đoàn dù 6 cơ động ở khu vực này.
• Đại đoàn 316 (thiếu một trung đoàn), được phối thuộc hai đại đội sơn pháo 75, hai đại đội súng cối 120 ly có nhiệm vụ tiêu diệt các cao điểm A1 (Eliane 2), C1 (Eliane 1), C2 (Eliane 4) thuộc trung tâm đề kháng Eliane, và phối hợp với các đơn vị khác tiêu diệt lực lượng dù cơ động.
• Đại đoàn 308 có nhiệm vụ dùng hỏa lực kiềm chế pháo binh địch ở tây Mường Thanh, dùng bộ đội nhỏ tích cực dương công các cứ điểm 106 (Huguette 7) và 311 (trong cụm Huguette) ở phía tây, cử một tiểu đoàn tham gia bộ phận thọc sâu vào trung thâm khu đông, tiêu diệt tiểu đoàn Thái số 2, trận địa pháo binh, phối hợp với trung đoàn 98 của 316 tiêu diệt lực lượng dù cơ động.
• Trung đoàn 57 của đại đoàn 304, được phối thuộc tiểu đoàn 888 (đại đoàn 316), một đại đội lựu pháo 105, một đại đội súng cối 120, 18 khẩu trọng liên cao xạ 12,7 ly, có nhiệm vụ kiềm chế các trận địa pháo binh địch ở Hồng Cúm, chặn quân tiếp viện từ Hồng Cúm lên Mường Thanh, và đánh quân nhảy dù ở xung quanh và phía nam Hồng Cúm.
• Đại đoàn 351 trực tiếp yểm hộ bộ binh tiến công các cứ điểm: A1 (Eliane 2), D1 (Dominique 2), C1 (Eliane 1), E (Dominique 1), chế áp pháo binh Pháp, sát thương và tiêu diệt một lực lượng cơ động Pháp ở tung thâm phía đông Mường Thanh, kiềm chế pháo binh đối phương.

Các cao điểm phía đông - Trận đồi A1, Trận đồi C1, và Trận đồi D1

18 giờ ngày 30 tháng 3 năm 1954, đợt tiến công thứ hai vào tập đoàn cứ điểm Điện Biên Phủ bắt đầu.

Tại cao điểm C1 (Eliane 1), QĐNDVN lần đầu mở rào bằng đạn phóng bộc lôi. Sau 5 phút tiểu đoàn 215 của Trung đoàn 98 đã dọn xong cửa mở qua bảy lần rào dây thép gai, sau đó xung phong. Được sự hỗ trợ của pháo binh, trong 10 phút, đại đội 38 đã chiếm được chiếc lô cốt nằm trên mỏm đất cao nhất nhô lên trên đỉnh đồi, được gọi là mỏm Cột Cờ, và cắm lá cờ Quyết chiến Quyết thắng lên nóc sở chỉ huy. Quân Pháp dồn về những lô cốt ở khu vực phía tây, gọi pháo bắn vào trận địa. Các chiến sĩ QĐNDVN xung kích dùng lưỡi lê, lựu đạn lao lên đánh giáp lá cà. Trận đánh diễn ra đúng 45 phút. Toàn bộ một đại đội 140 lính thuộc tiểu đoàn I/4e RTM bị tiêu diệt hoặc bắt sống. Số thương vong của QĐNDVN là 10 người.

Ngày 31 tháng 3, Tiểu đoàn 8e BPC lợi dụng màn khói đại bác tiến lên bò lên Dominique 2. Lúc này lực lượng cảnh giới của QĐNDVN đã tử thương khi pháo Pháp bắn phá. Sau 25 phút, Pháp chiếm lại gần hết đồi D1, dồn đại đội phòng ngự vào một góc. Bộ đội Việt Nam dùng lựu đạn, lưỡi lê đánh lui những đợt phản kích của Pháp, quyết tử giữ mảnh đồi còn lại. Tuy đường dây điện thoại đã đứt, nhưng đài quan sát trung đoàn phát hiện kịp thời sự có mặt của quân Pháp trên D1, lập tức dùng pháo bắn chặn và điều lực lượng lên tăng viện. Hai đại đội chi viện đã đảo lộn thế trận. Đại úy Pichelin, chỉ huy đại đội dù xung kích, tử trận. Thấy tình thế bất lợi, Tiểu đoàn trưởng chương trìnhret yêu cầu thiếu tá Bigeard tiếp viện thêm lực lượng. Bigeard đáp: "Tôi không còn gì trong tay. Nếu không giữ được nữa thì biến!" Sau 1 giờ chiến đấu, quân Pháp rút về Mường Thanh. Bigeard đã không chiếm lại được Dominique 2 mà còn phải bỏ luôn cả Dominique 5 (D3) do một đại đội Thái bảo vệ và rút trận địa pháo tại Dominique 5 (210), vì biết những cao điểm này không thể đứng vững nếu đã mất Dominique 2.

1 giờ 30 chiều cùng ngày, Bigeard trực tiếp chỉ huy hai tiểu đoàn dù 6e BPC và 5e BPVN tiến lên Eliane 1. Đại đội 273 của trung đoàn 102 đã có mặt trên cao điểm từ buổi sáng cùng với bộ phận còn lại của đại đội 35 trung đoàn 98 đánh trả. Lần này Pháp chiếm được điểm cao Cột Cờ, đẩy những chiến sĩ phòng ngự vào thế bất lợi. Pháo binh không thể tiếp tục yểm hộ vì không phân biệt được vị trí 2 bên. Các chiến sĩ đã lấy vải dù trắng buộc lên đầu súng làm chuẩn cho pháo binh. Trong lúc pháo nổ dồn dập, trung đoàn đưa một bộ phận tăng viện theo đường hào mới đào phía đồi D, cùng với những người phòng ngự đánh bật quân Pháp khỏi Cột Cờ, khôi phục lại trận địa. 16 giờ, Bigeard buộc phải ra lệnh rút lui, để lại trận địa gần 100 lính Pháp tử trận.

Những cuộc phản kích của Pháp ngày 31 tháng 3 đã hoàn toàn thất bại. 10 giờ tối, Chỉ huy trưởng Phân khu Trung tâm Langlais gọi điện thoại cho Bigeard, hỏi có thể giữ được những gì còn lại trong đêm nay không! Bigeard trả lời: "Thưa Đại tá, chừng nào còn một người sống sót, tôi sẽ không bỏ Eliane (A1)". A1 đã trở thành "thành luỹ cuối cùng" (dernier rempart) của tập đoàn cứ điểm.

Giai đoạn đào hào, vây siết - Trận Hồng Cúm và Trận sân bay Mường Thanh

Để chống lại các cứ điểm phòng ngự kiên cố của quân Pháp, phía QĐNDVN đã áp dụng chiến thuật "vây lấn" rất có hiệu quả bằng việc đào các giao thông hào dần dần bao vây và siết chặt, tiếp cận dần vào các vị trí của Pháp.

Những tuyến chiến hào dài khoảng hơn 100 km và việc đào công sự được thực hiện liên tục thường xuyên. Dựa trên những yêu cầu về chiến thuật, QĐNDVN đã xây dựng 2 loại đường hào: đường hào trục dùng cho việc cơ động pháo, vận chuyển thương binh, điều động bộ đội với số lượng lớn và đường hào tiếp cận địch của bộ binh.

• Loại đường hào thứ nhất chạy một vòng rộng bao quanh toàn bộ trận địa địch ở phân khu trung tâm.
• Loại đường hào thứ hai chạy từ những vị trí trú quân của đơn vị trong rừng đổ ra cánh đồng cắt ngang đường hào trục, tiến vào vị trí sẽ tiêu diệt.

Các loại đường hào này đều có chiều sâu 1,7 mét và không quá rộng để bảo đảm an toàn trước bom đạn địch, giữ bí mật cho bộ đội khi di chuyển. Đáy của đường hào bộ binh rộng 0,5 mét, đáy hào trục rộng 1,2 mét. Dọc đường hào, bộ binh có hố phòng pháo, hầm trú ẩn, chiến hào và ụ súng để đối phó với những cuộc tiến công của Pháp.

Trận địa hào được xây dựng vào ban đêm, nguỵ trang rất kỹ và triển khai cùng một lúc trên toàn thể mặt trận nên đã phân tán được sự đánh phá của Pháp. Việc đào hào, xây dựng trận địa thực sự cũng là một cuộc chiến đấu. Bộ đội phải lao động cật lực từ 14 đến 18 tiếng mỗi ngày với những công việc liên tục như chuẩn bị vật liệu, đốn gỗ, chặt lá ngụy trang. Thời tiết lại không thuận lợi: mưa dầm, gió bấc, công sự lầy lội bùn nước... dưới làn bom pháo của Pháp.

Các chiến hào này giúp hạn chế thương vong vì pháo binh và không quân và vào sát được vị trí của quân đối phương, làm bàn đạp tấn công rất thuận lợi. Quân Pháp ngay từ ngày đầu tiên của trận đánh đã nhận thức rất rõ sự nguy hiểm của cách đánh này nhưng không có phương sách nào để khắc chế. QĐNDVN vây lấn đào hào cắt ngang cả sân bay, đào hào đến tận chân lô cốt cố thủ, khu vực kiểm soát của quân Pháp bị thu hẹp đến mức không thể hẹp hơn.

Suốt ngày đêm, từng giờ, những chiến hào nổi, chiến hào ngầm của bộ đội nhích dần đến gần phân khu trung tâm. Từ những đầu hào chỉ cách quân Pháp vài chục mét, bộ đội dùng ĐKZ bắn sập dần những lô cốt, ụ súng. Chiến hào tiến vào gần còn mang cho quân Pháp nhiều tai họa khác. Hàng rào dây kẽm gai và bãi mìn của cứ điểm lúc này lại trở thành những vật chướng ngại bảo vệ an toàn cho chính những người tiến công.

Để động viên tinh thần cho lính Pháp ở Điện Biên Phủ, tháng 4 năm 1954, chính phủ Pháp đã thăng quân hàm trước thời hạn cho de Castries, từ Đại tá lên Chuẩn tướng (nhiều tài liệu tiếng VIệt ghi là Thiếu tướng). Ngày 15 tháng 4, lúc 16 giờ, một chiếc C-119 bay đến lượn mấy vòng rồi thả xuống một loạt dù, trong đó có một chiếc dù đỏ rơi gần trận địa QĐNDVN. Nó được đưa về trụ sở trung đoàn. Trong hòm toàn những gói quà gồm thuốc lá, rượu, xúc xích, áo may ô, lưỡi dao cạo râu, và một lá thư màu hồng của vợ Castries gửi cho chồng nhân dịp được thăng lên tướng. Số hàng này được giữ lại và trao cho de Castries 1 tháng sau, khi ông ta đã trở thành tù binh.

Cuộc chiến đấu tại Điện Biên Phủ càng ngày càng yếu thế cho phía Pháp. Tình cảnh của quân Pháp ngày càng bi đát và đi đến cùng cực. Điện Biên Phủ cho thấy khi bị bao vây cô lập thì một tiền đồn dù mạnh đến đâu rồi cũng sẽ bị tiêu diệt.

Kế hoạch cứu nguy của Hoa Kỳ

Ngày 20-3, tướng Ely, tổng tham mưu trưởng Pháp bay sang Washington nhờ Mỹ chi viện. Tổng thống Hoa Kỳ Eisenhower đã mắc nợ với cử tri Mỹ lời 1 hứa khi tranh cử là sẽ tạo một không khí hòa dịu trong tình hình quốc tế đang bị đầu độc vì chiến tranh Lạnh giữa Tây và Đông. Nhưng ông ta không thể giữ thái độ thờ ơ trước lời kêu cứu của nhà cầm quyền Pháp. Trong hồi ký "Không có thêm những Việt Nam mới" (No more Vietnams), Tổng thống Nixon viết: "Đô đốc Radford, chủ tịch Hội đồng Tham mưu trương liên quân, đề nghị chúng ta dùng 60 máy bay ném bom B-29 ở Philippines mở các cuộc đột kích vào ban đêm để tiêu diệt các vị trí của Việt Minh. Và đặt ra kế hoạch mang tên "Cuộc hành binh Chim kền kền" (Opération Vautour) nhằm đạt cùng mục tiêu với ba quả bom nguyên tử chiến thuật nhỏ".

Ngày 9 tháng 4, tại Washington, Eisenhower họp với Radford, các tham mưu trưởng ba quân chủng và nhiều sĩ quan cao cấp khác xem xét lần cuối mọi mặt tình hình. Rát pho là người duy nhất ủng hộ một cuộc can thiệp của Mỹ dù là đơn phương để tránh sự thất trận ở Điện Biên Phủ. Các Tham mưu trưởng Hải quân, Không quân tỏ vẻ không mặn mà. Riêng Tham mưu trưởng Lục quân Matthew Ridgway phản đối quyết liệt. Ridgway viện dẫn sự thất bại thảm hại từ cuộc hành binh "Bóp nghẹt" (Strangle) của Mỹ ở Triều Tiên, nhằm tiêu diệt con đường tiếp tế, để chứng minh sự hạn chế của những hành động bằng không quân trong loại chiến tranh này. Ridgway cho rằng những cuộc ném bom sẽ dẫn Hoa Kỳ vào một cuộc chiến tranh mới bằng bộ binh tốn kém với lối thoát không rõ ràng ở lục địa châu Á.

Ý kiến của Ridgway được nhiều người tán đồng và kế hoạch Chim kền kền bị đình chỉ. Nhưng mười năm sau, cũng tại Việt Nam, nhà cầm quyền Mỹ đã quên những kinh nghiệm này.