武元甲和越盟的坚持终于有了回报。1949年，新中国成立，旋即于1950年承认越南民主共和国政权，答应向越盟提供援助并派遣军事顾问团。武元甲在1964年5月7日的政府机关报《人民报》上撰文称：“1950年以后，已取得胜利的中国革命……对我军的节节胜利，特别是对1953、1954年秋冬战役和伟大的奠边府战役作出贡献。”而在1999年修订出版的《走向奠边府之路》一书，武元甲也坦率地强调“友方(指中国)迅速兑现了诺言”，1950年4月，越盟主力第308旅化名“两广部队”，进入中国云南，接受装备更新和军事训练，“我军所到之处，中国男女青年跳着秧歌来迎接，而在整编营地，我们过去冲锋用的梭镖被大批现代化武器所取代，过去越南战士只希望手里有一支枪，而现在不只是有了枪，而且弹药也相当丰富，我军的火力与以前比较已大不相同”。
随着越法战争的持续，法国政府急于挽救败局，1953年5月，新上任的法国远征军司令亨利·纳瓦尔提出一个大胆的作战计划，核心内容是占领一个坚固的筑垒阵地，阻断越盟从中国获得支援的交通线，而纳瓦尔看中的这个阵地就是后来闻名世界的奠边府。
奠边府是越南与老挝交界处的一座小镇，从战略上看，如果要在越北找到一个能控扼中越老三国边境的战略据点，那就唯有奠边府。1953年11月20日，法军先头部队1800人在奠边府空降。面对突然复杂起来的战局，武元甲与中国军事顾问团冷静分析，决心把法国人醉心的“中心开花”变成“瓮中捉鳖”。1954年3月13日，武元甲集中四个师的优势兵力，并用战前秘密运上山岭的重炮猛轰法军阵地，刹那间许多未及隐蔽的法军被炸得血肉横飞。
经过近两个月的血战，被越军围在狭小山谷里的法军放弃抵抗，再也无力进行战争的法国不得不与越盟签署日内瓦协议，双方以北纬十七度线为界停火。正是奠边府一战，让西方熟悉了武元甲，还给他送上“奠边府之虎”绰号。
越战后期，充当“宣传偶像”
在冷战的国际背景下，美国于1964年8月借口“东京湾事件”发动对北越的全面空袭。面对拥有强大武器装备和先进军事战术的美国，武元甲开始策划大兵团战役，他把总攻日期定在1968年1月底，即农历春节。1月31日凌晨，北越军和越共投入8.4万名作战人员发动了攻击。但是，北越军和越共阵亡人数众多。侵越美军统帅威廉·威斯特摩兰评价说：“武元甲是残忍的人，换任何一位美国将军，都不会用如此大的牺牲去打三个星期的血战。”可是面对西方记者有关“春节攻势”得失时，武元甲回答，无论法国还是美国都没有把战争打到底的意志，而作为人民军统帅，他却充满耐心，愿为国家解放忍受无尽痛苦。
