1988年3月14日，中国海军531号（“鹰潭”号）和556号（“湘潭”号）护卫舰赶到赤瓜礁海域，556号警戒琼礁方向，531号则与502号舰会合，全力保卫赤瓜礁。此时，越军604号武装运输船派出人员登上赤瓜礁，至7时30分，越军上礁人员共43名，并在礁北侧插上两面越南国旗。中方海上指挥所决定寸步不让，但同时要力争避免流血冲突，决不首先动用武力，采取与越军“武装共处”的方针。根据这一方针，中国502号舰立即抽出33人，中国531号舰抽出25人登上赤瓜礁，使登礁人数达到58人。 东西宽仅200来米的赤瓜礁上，双方人员相距约100米，各自站成一列，双方枪口对枪口，形成对峙，8时，一名越军士兵将一面越南国旗插在我军官兵面前的珊瑚礁上，水兵杜祥厚一把将越南国旗拔了下来，一名越军随即举枪瞄准，战友杨志亮出面掩护，此时越军抢先开火并击伤杨志亮。中国海军编队海上指挥员陈伟文将军立即命令还击。礁上的我军官兵立即开火还击，并按照预定方案迅速后撤，与越军拉开距离，以便舰炮发挥火力。随后双方交火。越军604船上的机枪也响了，中国502舰的机枪亦开火还击。 中国502号舰的炮火一发接一发落在越军604号船上，将对方火箭发射器、四联装高射机枪等一一摧毁。4分钟后，越 军604船起火下沉。9分钟后，越军604号船就沉入海底。而越军在赤瓜礁上的人员失去退路，只得缴械投降。中国海军士兵随即停止还击。9时，越南505 登陆舰打出了一面白旗投降。 9时15分，中国556号舰抵达琼礁海域，发现越军605号船已经派出9人登上了琼礁，于是556号舰立即用高音喇叭警告其离开，岂料越军不仅拒不撤走人员，反而向556号舰射击，556号舰立即开炮还击，并将605号船驾驶台轰塌。越南605号船船体倾斜。9时37分，中国556号舰停止射击，而伤势沉重的越南605号船则在天黑时沉没。 10时50分，赤瓜礁上的全体官兵押着俘虏撤回舰上。
中国在此次战斗发生以前，虽然一直宣称拥有南沙群岛的主权，但实际上并没有有效控制其中任何一个岛屿、珊瑚礁或沙洲。二十世纪七十年代以后，中国南海周边国家纷纷进入南沙群岛，单方面划定疆域，并借助外资进行资源开发。在本次海战以后，中国收复南沙群岛的永暑礁、华阳礁、东门礁、南薰礁、渚碧礁、赤瓜礁共6个岛礁，填补了中国对南沙群岛实际控制的空白点。 此次海战结束后，为防止越军可能利用空中力量进行报复，海上编队指挥员陈伟文命令各舰尤其是装备新型防空导弹的531号舰加强防空作战准备，而越军迫于中国海军的压倒性优势，并未有任何反击措施。参战舰艇顺利驶返海南岛基地休整，当晚中央军委通令嘉奖，对海上舰艇编队坚持自卫原则、严守战场纪律、打出了国威军威进行褒奖。 此战之后，南沙海域的越军舰船莫不闻风而逃，赤瓜礁海战胜利的震慑力可见一斑，自此之后，永暑礁海洋观测站建站工程再无干扰，于1988年8月顺利完成。
