Khi đại đội đi đầu của địch lọt vào khu vực trận địa được bố trí sẵn của ta, chỉ sau ít phút chiến đấu, ta đã diệt tên chỉ huy và hàng chục lính bảo an, một số khác bị thương, sa xuống hầm chống cạm bẫy. Địch hoảng loạn không dám tiếp tục tiến công, một số tháo chạy tán loạn ra ngoài cánh đồng. Một cánh quân khác của địch từ hướng cầu Sao định đánh vào sườn trận địa phòng ngự của ta liền bị lực lượng trinh sát và du kích ém sẵn chặn đánh, buộc phải rút về co cụm ở khu vực cầu Ông Bồi, và khi tiếp tục tiến vào thì bị Trung đội địa phương Châu Thành nổ súng chặn lại.
Tiếp đó, Đại đội 1 Tiểu đoàn 216 cho hai trung đội xuất kích, diệt một bộ phận lớn sinh lực địch. Địch sử dụng hỏa lực pháo binh bắn phá trận địa ta để yểm trợ, nhưng lại bắn trúng đội hình bộ binh địch đang tháo chạy, làm cho chúng càng hoảng loạn. Cùng lúc đó, mũi tiến công đường thủy của địch gồm 13 tàu chở hai đại đội biệt kích định đánh vu hồi, nhưng bị lực lượng ta chặn đánh quyết liệt. Chúng bị đánh chìm một tàu và bị phá hỏng một số chiếc khác nên buộc phải tháo lui.
Sau khi đợt tiến công bằng đường bộ và đường thủy bị đánh bật trở ra, địch quyết định sử dụng chiến thuật trực thăng vận”. Để phát hiện trận địa ta, địch cho máy bay trực thăng chở một bộ phận thám báo nhảy xuống thăm dò trước. Phán đoán được ý đồ của địch, ta thực hiện nghi binh, tuyệt đối giữ bí mật, không nổ súng. Sau một hồi thăm dò không thấy phản ứng, địch cho máy bay trực thăng liên tục đổ hai tiểu đoàn bộ binh xuống sau ấp để hình thành hai gọng kìm bao vây lực lượng của ta.
Khi máy bay địch vừa từ từ hạ xuống bãi đáp, thì hỏa lực các loại của ta đồng loạt khai hỏa chụp đúng đội hình của chúng. Một chiếc CH21 bị bắn rơi, một chiếc khác bị thương cố bay về căn cứ nhưng vừa ra khỏi vùng trời Ấp Bắc đã rơi xuống cánh đồng Cà Dăm. Toàn bộ số lính bộ binh còn ở trên máy bay cũng như số đã xuống đất đứng trước nguy cơ bị tiêu diệt, nên để cứu nguy, địch cho năm máy bay HU1A cùng pháo binh ở Quẹo Nhị Bình và Long Định điên cuồng trút đạn vào trận địa Đại đội 1 Tiểu đoàn 216. Ta tiếp tục bắn rơi hai chiếc HU1A đang ứng chiến và một trực thăng chở quân CH21 đã rơi xuống bãi đỗ xe của Đại đội bọc thép M113 của chúng đang chuẩn bị xung phong.
Sau lần thứ hai tiến công không thành, bị tổn thương nặng nề, binh lính địch hoang mang. Bọn chỉ huy phải lui quân củng cố. Quá trưa, chúng mở cuộc tiến công thứ ba sau khi tập trung ba tiểu đoàn của Sư đoàn 7 ở khu vực Miếu Hội. Quân địch hình thành hai gọng kìm cùng tiến công vào ấp Tân Thới, đúng nơi bố trí của Đại đội 1 (Tiểu đoàn 514 của Mỹ Tho). Đợi cho quân địch rơi vào trận địa mai phục sẵn, lực lượng ta bất ngờ nổ súng đánh áp đảo, quyết liệt. Địch không kịp trở tay, đội hình nhanh chóng tan vỡ, một số bị tiêu diệt, số khác cố chạy thoát thân. Đợt tiến công lần thứ ba của địch vào Ấp Bắc bị thất bại.
Về phía ta, để phối hợp chiến đấu và kéo căng địch, tạo điều kiện cho Ấp Bắc đánh bại cuộc càn, Ban Quân sự Mỹ Tho điều Đại đội 2 Tiểu đoàn 514 tiến công trường bắn Tân Hiệp; trung đội trinh sát khống chế sân bay Thân Cửu Nghĩa; Đại đội 211 chốt giữ ngã ba Chùa Phật Đá sẵn sàng chi viện.
Sau ba lần thất bại, địch dùng máy bay, pháo binh đánh phá từng đợt vào trận địa của ta. Cả vùng chiến sự chìm trong khói lửa và khí độc. Khi hỏa lực dọn đường vừa dứt, quân địch tổ chức xung phong lần thứ tư với lực lượng chính là 13 xe thiết giáp M113 và một tiểu đoàn bộ binh tiếp viện. Chúng đánh vào chính diện Ấp Bắc, nơi Đại đội 1 Tiểu đoàn 216 chốt giữ. Với tinh thần "kiên quyết bám trụ, bám trụ đến cùng", 75 cán bộ, chiến sĩ kiên trì chờ địch tới gần, vừa vào đúng tầm ta đồng loạt nhả đạn.
Một chiếc M113 bị bắn cháy, một số chiếc khác bị đánh hỏng. Giữa lúc trận đánh ác liệt, hai khẩu đại liên của ta bị hóc, địch lợi dụng tập trung đột phá trận địa. Trước tình huống gay cấn, đại đội trưởng Đại đội 1 đã cử tiểu đội trưởng Tiểu đội 3 dẫn một tổ xuất kích vừa chế áp, vừa dùng thủ pháo diệt được một xe M113, hai xe còn lại phải tháo chạy khỏi trận địa. Sau trận Ấp Bắc, Tiểu đội 3 được tặng danh hiệu “Tiểu đội gang thép”.
Liên tiếp thất bại nhưng bọn chỉ huy địch vẫn ngoan không bỏ cuộc. Chúng tăng viện cấp tốc cho Ấp Bắc một tiểu đoàn dù, một đại đội pháo 105 ly và một đại đội cối 160 ly thuộc lực lượng dự bị chiến lược. Khoảng 5 giờ chiều, địch mở đợt tiến công mới. Tiểu đoàn dù số 8 được thả xuống ấp Tân Thới, nhưng phần lớn quân dù đã rơi vào trận địa phục kích của Đại đội 1 Tiểu đoàn 514. Những tên lính dù còn lơ lửng trên không, bị mắc trên cành cây, mái nhà,... đã bị những tay súng bắn tỉa của ta bắn hạ; số sống sót co cụm, cố chống đỡ chờ cứu viện; một số nhảy xuống cánh đồng và ẩn nấp chờ rút lui.
Cùng thời gian, ở hướng Đại đội 1 (Tiểu đoàn 216), những chiếc M113 còn lại tập trung hỏa lực vừa bắn phá vừa xông vào chiếm lĩnh một đoạn hào. Cuộc chiến đấu diễn ra quyết liệt, ta dùng súng phóng lựu bắn cháy một xe M113 đang án ngữ chiến hào tiền duyên, diệt toàn bộ lính trên xe. Cả tốp xe địch còn lại phải tháo chạy khỏi trận địa. Sau thất bại đợt này, địch lùi ra xa co cụm, kết thúc một ngày chiến đấu thất bại nhục nhã của quân ngụy trên địa bàn Ấp Bắc.
