Đang làm nhiệm vụ cạnh đảo Đá Đông, tàu HQ-605 nhanh chóng tới đảo Tốc Tan, rồi lên bãi Len Đao ở phía Bắc, chiều tối 13/3/1988. Từ bờ, tàu HQ-604 và tàu HQ-505 cũng ghé đảo Đá Lớn để nhận nhiệm vụ cụ thể, rồi hành quân xuống bãi Cô Lin, bãi Gạc Ma ở phía Đông Nam, chiều ngày 13/3/1988.
Chỉ ít phút sau khi tàu HQ-505 và tàu HQ-604 thả neo, một tàu hộ vệ của Trung Quốc từ bãi Huy Gơ chạy về phía Gạc Ma, áp sát tàu HQ-604 và dùng loa gọi sang, đòi tàu ta rời khỏi Gạc Ma. Đến chiều tối, Trung Quốc đưa tới thêm một tàu chiến… Bộ Tư lệnh Hải quân ra lệnh, tổ chức đóng giữ bãi Gạc Ma ngay trong đêm 13/3/1988.
Theo sách Lịch sử Hải quân nhân dân Việt Nam (1955 – 2005), khoảng 3 giờ sáng ngày 14/3/1988, lực lượng của Trung đoàn 83 Công binh bắt đầu chuyển vật liệu từ tàu HQ-604 lên bãi Gạc Ma, lực lượng của Lữ đoàn 146 tổ chức cắm cờ và bảo vệ công binh làm nhiệm vụ.
Khoảng 6 giờ ngày 14/3/1988, Trung Quốc điều tới thêm 2 tàu, dùng 3 thuyền nhôm đưa khoảng 40 lính lên bãi Gạc Ma, giật quốc kỳ Việt Nam, bắn chết Thiếu úy Trần Văn Phương, đâm trọng thương hạ sĩ Nguyễn Văn Lanh.
Liệt sĩ Phạm Hữu Doan đứng thứ hai từ phải sang, cùng các sinh viên Mozambik, Yemen và Nga tại Học viện Hải quân Nikola Vaptsarov (Bulgaria) năm 1982. Ảnh lấy từ website của Học viện Hải quân Nikola Vaptsarov
Bị quân ta đánh trả, quân Trung Quốc rút ra xa, xả đạn pháo và các loại súng vào các tàu ta và quân ta đang ở trên bãi Gạc Ma. Trung tá Trần Đức Thông, Phó Lữ đoàn trưởng Lữ đoàn 146 và Đại úy Vũ Phi Trừ, Thuyền trưởng tàu HQ-604 chỉ huy bộ đội sử dụng các loại súng AK, RPĐ, B40, B41 bắn trả quyết liệt. Bị trúng nhiều đạn pháo địch, tàu HQ-604 chìm xuống biển…
Trung tá Trần Đức Thông, Đại úy Vũ Phi Trừ, Thiếu úy Trần Văn Phương và nhiều đồng đội hy sinh, 9 người bị quân Trung Quốc bắt. Những người còn sống đi tìm vớt đồng đội hy sinh và bị thương, đưa lên một xuồng của công binh rồi bơi về phía tàu HQ-505 ở bãi Cô Lin.
Tại bãi Cô Lin, từ 6 giờ sáng 14/3/1988, lực lượng trên tàu HQ-505 đã cắm hai cờ Việt Nam trên bãi. Cùng lúc bắn vào tàu HQ-604, các tàu Trung Quốc cũng bắn nhiều đạn pháo vào tàu HQ-505, khiến tàu bị hỏng máy.
Thiếu tá Thuyền trưởng Vũ Huy Lễ chỉ huy khẩn trương sửa máy, rồi lệnh chạy cả hai máy tàu, ủi bãi Cô Lin để vừa cứu tàu, vừa giữ đảo. Thấy vậy, hai tàu Trung Quốc tập trung bắn dữ dội vào tàu HQ-505.
Hơn 8 giờ sáng 14/3/1988, tàu HQ-505 trườn được hai phần ba thân lên bãi thì bốc cháy. Lực lượng trên tàu vừa triển khai dập lửa cứu tàu, bảo vệ bãi Cô Lin, vừa đưa xuồng đi cứu vớt đồng đội ở phía bãi Gạc Ma.
Tại bãi Len Đao, rạng sáng 14/3/1988 một tổ hải quân từ tàu HQ-605 đã lên bãi cạn, cắm cờ Việt Nam. Khoảng 8 giờ sáng 14/3/1988, các tàu Trung Quốc nã đạn vào tàu HQ-605, đến sáng ngày 15/3/1988 thì tàu chìm hẳn.
Trung úy Phan Hữu Doan, Thuyền phó tàu HQ-605 và 5 người khác hy sinh. Nhưng quân ta vẫn bám trụ, quốc kỳ Việt Nam vẫn tung bay trên bãi Len Đao. Chiều 14/3, khi tàu HQ-614 tới, lực lượng trên tàu HQ-605 dùng xuồng đưa thương binh, tử sĩ về đảo Sinh Tồn.
Chiều 14/3/1988, các tàu HQ-931, HQ-671, HQ-614 lần lượt tới tiếp ứng, bảo vệ bãi Len Đao và bãi Cô Lin.
Với thành tích đặc biệt xuất sắc trong chiến đấu bảo vệ đảo Gạc Ma và đảo Cô Lin, năm 1989 các liệt sĩ Trần Đức Thông, Vũ Phi Trừ, Trần Văn Phương được truy tặng danh hiệu Anh hùng Lực lượng vũ trang nhân dân, tập thể tàu HQ-505, thuyền trưởng Vũ Huy Lễ và Hạ sĩ Nguyễn Văn Lanh được tặng danh hiệu Anh hùng Lực lượng vũ trang nhân dân.