中國戰機發動攻擊的同時，以052C導彈驅逐艦為首的中國艦隊也開始發動對越南艦隊的毀滅性打擊。「鷹擊-83」等各種反艦導彈如飛蝗般撲向陷於絕境的越南艦隊，「宋級」和「元級」潛艇的各種線導、聲導和尾流自導魚雷也突破越南艦隊的防護網，從水下對越南海軍艦隊展開強攻。
越南艦隊根本承受不住中國海空軍的立體打擊，陣陣密集的爆炸聲在海面上響起，大洋深處，四艘越南舊式潛艇相繼遭到533mm魚雷的攻擊，艇體當即炸成兩斷，和越南潛艇兵一起沉入漆黑的海底。
越南海軍的「獵豹」級護衛艦啟動「棕櫚樹」彈炮合一防空系統和30毫米AK-630近防炮，瘋狂攔截中國戰機和艦艇發射的反艦導彈，與此同時，它們向中國艦隊發射了數枚Kh-35「天王星」反艦導彈、魚雷和深海反潛火箭彈。其他艦艇，包括「毒蜘蛛」導彈艇和「別佳」級火炮護衛艦在內的多艘軍艦，也孤注一擲地向中國艦隊進行垂死攻擊。
為了解救瀕於毀滅的越南艦隊，越南軍方以僅剩的幾架蘇-27為主力，率領十幾架蘇-22再度飛臨D島上空，以自殺式攻擊纏住中國戰機，6架蘇-30MKV2則乘機用Kh-31A空艦導彈突襲中國艦隊。但缺少戰場信息和指揮能力的越南海空軍，根本不能與中國艦隊相抗衡，加上制空權早已喪失，越南軍方的垂死反撲並沒有收到預期的效果。
Kh-31A空艦導彈和Kh-35反艦導彈很快遭到中國艦艇上的「海紅旗-9」防空導彈的攔截，導彈和導彈在空中撞擊成絢爛的流星雨；少數躲過「海紅旗-9」防空導彈的反艦導彈，又遭到中國FL-3000N艦艇近防導彈系統的截擊，宛如撞上一道綿密而堅固的盾牌，紛紛爆毀。
FL-3000N艦艇近防導彈系統是各類反艦導彈的剋星，有被動雷達與紅外成像兩種制導模式，具備發射後鎖定目標的能力。導彈速度高、重量輕、反應快速、制導精度高，能夠有效攔截各種超音速和亞音速掠海飛行的反艦導彈，可以對付海上、空中和陸地對艦艇發起的飽和攻擊。FL-3000N以其優異的反導能力構成保衛艦艇安全的最後一道堅固屏障，成為各型艦艇夢寐以求的護身利劍。它的成功列裝，把中國海軍的戰鬥力提高了幾倍。
在這場海戰中，表現最搶眼的就是數艘中國022型雙船體導彈艇，它的航速高達50節，耐波浪性能好，而且每艘艇上配備有8枚「鷹擊-83」反艦導彈。數艘022導彈艇快速前出攻擊，就像一群咆哮的狼群，連美國強大的航母戰鬥群也視它們如夢魘，何況越南這些三流的海軍艦隊？
越南海軍艦隊遭到重創，除了兩艘俄制636型「基洛」級潛艇成功逃逸外，其它艦艇悉數沉沒。
這一場大海戰僅僅持續了幾個小時，就以越南海空軍的徹底失敗而告終。
越南軍方不甘心失敗，叫囂著要動員一百萬越南青年參軍，和中國決一雌雄。正在這時，他們發現中國軍隊已經在中越邊境集結完畢，二十萬精銳之師盤馬彎弓，就等一聲令下，將給予越南致命一擊。
南海戰雲突起，中國軍方迅速調整了部署，把正在進行的「藍劍行動」大演習變為實戰，在中越和中印邊境迅速集結重兵。為了防範敵人在其它方向上的突破，軍方緊急把駐守中緬和中朝邊境的邊防警察換成了王牌野戰師團。中國大兵壓境，未雨綢繆，給那些潛在對手以極大的心理壓力，讓他們趁火打劫的想法一開始就沒有了用武之地。
中越之間的大海戰，嚇壞了東盟，震驚了全世界。在他們的印象裡，中國一直就是一隻溫順的綿羊，打不還手，罵不還口。這麼多年來，他們早已習慣於中國外交的軟弱和中國政府的卑躬屈膝，習慣於剪中國的羊毛，擠中國的羊奶，在大肆宰割中國的羊肉時還不忘啐中國人一臉唾沫。中國在南海的突然強硬讓他們驚慌失措，他們彷彿看到一隻雄獅挺起了脊樑。東盟很快分成兩派，一派以越南、馬來西亞、菲律賓等和中國有領海爭端的國家為核心，借助某些大國或公開或秘密的支持，堅持要制裁中國；另一派則堅持以和為貴，主張以東盟為主導和平解決南海島嶼爭端。
雙方吵鬧不休，越南駐聯合國代表在聯合國總部大廈前長跪不起，數度哭暈過去，哀求聯合國主持正義並嚴厲制裁中國。
以美國為首的聯合國代表在聯大召開的緊急會議上飛揚跋扈，譴責中國軍隊在南海的暴行，英國緊隨其後，表現出小弟一貫的忠誠。中國代表穩穩地坐著，等美國代表講完，冷冷說了一句：「南海自古以來就是中國的，它是中國的核心國家利益所在，誰敢在南海向中國挑戰，中國軍隊有信心更有能力徹底殲滅它。」法國代表看到中國語氣不善，態度開始變得首鼠兩端模稜兩可；俄羅斯代表則唯恐天下不亂，見雙方爭持不下，乾脆脫掉皮鞋，在會議桌上猛敲……
對於這場突發的中越大海戰，最高興的就是俄羅斯。中越兩國都是俄式軍火最好的市場，這一戰，不但打出了俄式武器的名聲，更給俄羅斯軍火銷售開闢了廣大的潛在市場。俄羅斯一邊流著哈喇子數錢，一邊強烈反對美國在聯大的提議。在南海問題上，俄羅斯雖然不會鮮明地表明態度，畢竟越南和它有著千絲萬縷的關係，但中國是強大的國家，而且現階段，中俄兩國有著共同的戰略利益。如果沒有中國的支持，也許俄羅斯的腦袋很快就會被北約的鐵門擠扁，所以它沒有選擇，必須支持中國。
國與國之間只有現實的利益，沒有永恆的朋友。大國的政治抉擇就像食肉動物，永遠跟著利益走，俄國熊絲毫不介意隨時翻臉，美國鷹更是奉國家利益為一切行動的準則，唯有中國常常把道義看得更重，這在國際關係史上，簡直是一個另類，所以越南和朝鮮注定會成為中國人心中永遠的痛。