Ngày 23-4, Tỉnh ủy Bà Rịa họp đề ra nhiệm vụ giải phóng địa phương gồm 2 giai đoạn: giai đoạn 1, giải phóng thị xã và toàn bộ tỉnh Phước Tuy; giai đoạn 2, giải phóng thành phố Vũng Tàu. Từ ngày 26-4, Sư đoàn 3 (cánh quân Duyên hải), Tiểu đoàn 445 (tỉnh Bà Rịa) cùng lực lượng vũ trang địa phương đánh chiếm chi khu Đức Thạnh, giải phóng các xã dọc hai bên đường số 2, tiến vào áp sát thị xã Bà Rịa và Trung tâm huấn luyện Vạn Kiếp.
Sáng ngày 27-4, Quân giải phóng đồng loạt tiến công các vị trí của địch trong thị xã Bà Rịa, làm chủ khu tiếp liệu, Ty An ninh, Ty Cảnh sát, Tỉnh đoàn bảo an, Trung tâm huấn luyện Vạn Kiếp. 6 giờ sáng 27-4, cờ Mặt trận Dân tộc giải phóng tung bay trên nóc dinh Tỉnh trưởng. 15 giờ ngày 27-4, thị xã Bà Rịa hoàn toàn giải phóng. Cùng ngày, bộ đội địa phương các huyện Đức Thạnh, Long Điền, Đất Đỏ, Xuyên Mộc tiến công làm chủ chi khu quân sự, dinh quận trưởng và các vị trí đóng quân của địch. Tỉnh Phước Tuy hoàn toàn giải phóng.
Sau khi Bà Rịa hoàn toàn giải phóng, Sư đoàn 3 và Tiểu đoàn 445 cùng các đơn vị vũ trang địa phương chuyển sang tiến công Vũng Tàu bằng đường bộ và đường biển. Được nhân dân giúp đỡ phương tiện ghe xuồng và dẫn đường, Quân giải phóng tiến vào Vũng Tàu. 13 giờ 30 phút, TP Vũng Tàu giải phóng.