中印边境自卫反击战，分为两个阶段。
战争的第一阶段，从1962年10月20日中国边防部队全面反击开始，到10月28日中国军队遵照政府声明停止对入侵印军反击为止。战前，根据中共中央和中央军委的指示，参战部队分别成立了两个前线指挥部，一是“西藏军区前线指挥部”负责东段指挥；二是“新疆军区康西瓦指挥部”，负责西段指挥。依据中央军委的统一意图，参战部队的主要部署为：东段，以西藏4个多团的兵力，首先粉碎克节朗地区印军的进攻，然后歼灭克节朗地区和可能由达旺地区来援之敌；西段，以新疆1个多团的兵力，首先粉碎印军进攻，然后歼灭侵入加勒万河谷和红山头之敌，并视情况扩张战果；同时，以西藏昌都、林芝、山南分区部队，向当面之敌反击，配合主要方向的作战。
1962年10月20日拂晓，中国西藏边防部队在西藏军区司令员张国华中将的指挥下，首先向侵占克节朗的印军第七旅实施反击。战斗打响后，在500门迫击炮和大炮的掩护下，担任主要突击任务的右翼部队迅速渡过克节朗河，向盘踞在枪等、卡龙、扯冬、绒不丢等处的入侵印军发起了强大攻势，仅经几个小时的激战，便逐一攻克了印军的阵地，全歼了其沿河布防的拉加普特联队二营主力，彻底、干净地清除了枪等，卡龙、扯冬、绒不丢等地的全部印军入侵据点。担负助攻任务的左翼部队，除以一部兵力配合右翼主攻部队，清除克宁乃桥的入侵印军据点外，主力部队直扑入侵印军的前哨阵地——沙则，印军凭借早就精心构筑的堑壕和上百个明暗地堡拼命阻挡，然而在兵力、火力都占优势且英勇异常的中国军队的强大攻势下，印军很快就被打得溃不成军。担任迂回任务的另一支中国部队则穿过一段人迹罕至的原始森林，直抵印军的另一要害据点——章多，双方激战的结果是驻守该地的印军廓尔喀联队一部全军覆没。与此同时，担任牵制任务的西藏昌都、林芝、山南分区部队也分别击退了当面印军的进攻。这样，西藏前指预定的作战任务在自卫反击战的第一天便大部完成，首战告捷。
在10月20日当天，西段战场上的中国新疆边防部队也同样取得了赫赫战果。当时，印度在中印边界西段投入的兵力主，要为印军一一四旅5个营约5600人，分散配置在新疆阿克赛钦西部约600公里正面的77个据点内，其中有1300余人分布在侵入中国境内的43个据点内。印军查谟？克什米尔国民军第十四营浸占红山头，杰特联队第五营侵占加勒万河谷。印军在这两处苦心经营，视之为侵占中国整个阿克赛钦地区的重要据点，因此也就成为中国新疆边防部队决心首先拔除的两个“钉子”。20日清晨，反击部队随着指挥部首长的一声令下，立即向加勒万河谷南、北两侧的入侵印军据点猛扑过去，左右夹击，势不可挡，不到一小时，就扫清了加勒万河谷地区入侵印军的全部据点。攻打红山头方向的中国边防部队兵分三路，利用巧妙的战法，虚虚实实、真真假假，打得印军晕头转向，不是被俘、就是被歼。也是仅仅一个多小时，我军的红旗就插上了红山头主峰。其获胜速度之迅捷，令前来增援的印军目瞪口呆，只好半途回撤，溜之大吉。
10月22日，中国国防部义正辞严地宣告：我军没有必要受非法的“麦克马洪线”约束。印度方面虽感失魂落魄，却仍不甘示弱，其东线战区司令森中将于当天乘直升飞机赶到东段入侵印军的后方基地达旺亲自督战，下令其残兵败将“不惜任何代价固守达旺”，顽抗到底。然而对于已成惊弓之鸟的印军官兵来说，无论是威吓还是打气已经不发生任何效力。23日，东段战场上的中国西藏边防部队兵分五路，连下邱散谋、吉米塘、龙布、永帮桥等地，乘胜追击，直捣达旺。达旺地区的入侵印军眼见大势已去，只得匆忙撤逃。中国边防部队又以一部渡过娘姆江曲，沿下地、龙拉、沙泽一线兼程急进。另一部在清除了棒山口入侵印军之后，乘势进击，于24日占领了东新桥等地。25日，几支反击部队相继会师于达旺。接着，其中一部继续向南推进到达旺河北岸。至此，中国西藏边防部队在东段战场上发起的克节朗——达旺之役大获全胜。全歼印军第七旅，并生俘该旅旅长季？普？达尔维准将，收复了克节朗河以南、达旺河以北、不丹以东、达旺以西的全部中国被占领土。
东段战场上的胜利捷报，极大地鼓舞了奋战在西段战场上中国新疆边防部队全体官兵们的斗志。10月21日至24日，新疆边防部队继全部肃清河尾滩防区的入侵印军之后，又在班公湖西岸的西里扎普、4400高地、绝拉沟、野营地等拔点攻坚战斗中，连战连捷，全歼印军。接着，奉命南下，扫荡侵入西藏阿里地区羌山口、约山口、巴里加斯等地的印军。几天之内，参战部队便从喀喇昆仑山开到冈底斯山，行程700余公里，26日赶到甲岗——狮泉河一带集结，接着兵分两路：右翼由甲岗——且坎——拉干赫尔方向迂回印军侧后，断其逃路；左翼沿狮泉河谷实施主攻，围歼印军于巴里加斯——卡日果一线。27日，两路部队对据巴里加斯之印军形成合围之势，并于次日打退了印军的进攻，收复了拉多和碟木绰克等地。印军不敌，我军遂收复巴里加斯、卡日果等地。10月28日，遵照中国政府的声明，各参战部队停止了对入侵印军的反击。第一阶段的战争，至此结束。
战争的第二阶段，从1962年11月16日中共中央、中央军委下令再次反击入侵印军开始，到11月21日中国政府宣布中国边防部队在中印边界全线停火为止。
军事斗争的胜利无疑为政治、外交斗争增添了至关重要的砝码。为了敦促印度当局改弦更辙，重新回到谈判桌上来，中国政府在自卫反击战刚刚开始后的第四天即10月24日，便发表了一项令世人瞩目的声明，提出了三项建议：
一、双方确认中印边界问题必须通过谈判和平解决。在和平解决前，双方尊重一九五九年十一月七日存在于双方之间的实际控制线，双方武装部队从这条线各自后撤20公里，脱离接触；
二、如果印度同意前项建议，中国愿意通过双方协商，把边界东段的中国边防部队撤回到实际控制线以北，同时，在边界的中段和西段，中印双方保证不超过实际控制线，即传统习惯线；
三、为了谋求中印边界问题的友好解决，两国总理再一次举行会谈，中国政府欢迎印度总理前来北京；如果印度政府有所不便，中国总理愿意前往新德里。
这项声明连同数日后中国边防部队停止反击的行动，再也清楚不过地向全世界表明：中印两国边界的争议只能通过和平协商求得公正合理的解决，而且，中国从一开始就无意利用自己在自卫反击战中的有利态势，向印度提出任何领土要求。中国政府的上述立场和态度，博得了全世界一切真正爱好和平的国家和人民的热烈欢迎和赞赏，甚至连英国的一位颇有影响的职业外交官事后都说：“一个大国不利用军事胜利索取更多的东西，有史以来这还是第一次”。
但是，中国政府的这些善意举措，竟被印度当局视之为“骗局”。它不仅粗暴地拒绝了中国政府的三项建议，公然要求恢复到1962年9月8日以前的即印军侵占中国大片领土后的边界状态，而且动员全国力量加紧备战，以图再发动一次军事冒险活动击败中国。
10月26日，印度领导人宣布全国处于“紧急状态”，并随即成立了“应付紧急情况”的内阁。
10月27日，美国驻印度大使加尔布雷斯发表了一番别有用心的讲话，说：“麦克马洪线是公认的国际边界，是约定俗成的。因而，我们认为它是东北边境特区的北部边界。”此言一出，令印度领导人兴高采烈，洋洋得意。
11月4日，印度宣布成立“国防会议”和“国防生产部”，加速生产军火武器。并且公开向美国等西方国家乞求军事援助。
到11月中旬，印度政府不顾军方的反对，在中印边界东、西两段增加了2个师部、9个旅以及炮兵、装甲兵部队各一部，总兵力达到3万人。其中第四师号称印军的“王牌部队”，且为“印军编制、装备、训练的试点部队”。同时，又因为得到了美国及时提供的“第一批价值700万美元的机动武器系统”，所以，尼赫鲁对印军的作战能力颇为门信，相信它能在同中国军队的再次较量中稳操胜券。待各部印军准备就绪后，便于11月14日、16日，在中印边界全线再次发动猛烈进攻。
面对战火重燃的形势，中国领导人意识到：不再次痛击入侵印军，就不足于彻底打掉印度当局的狂妄野心。于是下令西藏、新疆边防部队分别在中印边界东段、西段再次反击入侵印军。
针对入侵印军兵力、火力有所加强的情况，中央军委对参战部队亦作了相应的调整和准备。总部署为：东段，西藏军区前指指挥8个步兵团、3个炮兵团的主要兵力，反击西藏山南达旺河以南西山口、德让宗、邦迪拉地区的入侵印军，另以4个团的兵力由新组成的东段东部地区指挥所率领，反击西藏昌都瓦弄地区的入侵印军；驻山南、林芝的边防部队在东段中部地区反击，以配合主要方向作战。西段，新疆军区前指指挥1个团的兵力，向西藏阿里班公洛地区的入侵印军实施反击。总部对参战部队的要求是：打退入侵印军的进攻后，乘胜拔除中国境内的所有入侵印军据点，收复被印军侵占的中国领土。
11月16日下午3时许，西山口地区的入侵印军兵分三路，气势汹汹地向中国边防部队发起了猛烈攻击。根据整个西山口——邦迪拉地区入侵印军之“铜头、锡尾、背紧、腹松”的布势特点，西藏军区前指决定以一部兵力反击西山口的入侵印军，打其“头部”；以一部兵力从两翼夹击申隔宗、略马东地区，击其“腹背”，另以一部兵力实施大迂回，直插德让宗、邦迪拉之间，切敌之“尾”，多路并进，向心合击，将该地入侵印军分割包围，各个歼灭。17日晚，担任迂回任务的部队以迅雷不及掩耳之势，击溃驻登班的印军一个营，一举切断了镕让宗——邦迪拉公路，从而完成了对西山口地区入侵印军的包围之势。
18日上午，西藏边防部队发起总攻。担任“斩头”任务的主力部队兵分两路，一路从西山口正面强攻，一路从西山口右侧后迂回反击，经四个小时激战，力克西山口；执行“切尾”的部队先是粉碎了印军的节节阻击，接着便拿下了邦迪拉主峰；打击印军“腹背”的部队则在山南边防分队的配合下，连阻带击，死死地堵住了印军南逃的道路。经过几天的战斗，各路我军全歼印军3个旅，毙俘印军准将旅长豪尔？辛格以下官兵5200余人。至21日，西山口——邦迪拉方向的反击作战胜利结束。
在主力部队对西山口——邦迪拉地区入侵印军“掐头”、“切尾”之际，另一支中国边防部队也在瓦弄地区打的入侵印军丢盔弃甲，狼狈不堪。战斗开始不久，敌十一旅旅长便随四军军长考尔中将乘飞机仓皇逃跑，部队大部溃散。我军乘势进击，连克10余个印军堡垒，于16日下午5时，攻占瓦弄，并继续向南追击，18日进至哈拉，19日进至拉木维西和萨木维尔，21日进至金古底，直逼传统习惯线。瓦弄大捷，令新德里当局大惊失色，慌作一团，其整个“东北边境特区”更是处于“草木皆兵”，极度混乱之中，甚至连把该地区“一切能炸毁的东西统统炸掉”的“焦土政策”都拟定好了。
东段中部地区，西藏山南边防部队于18日向里米金方向的入侵印军反击。林芝边防部队于19日向梅楚卡、都登方向的入侵印军反击。面对我军猛虎下山般的威势，印军将无战意，兵无斗志，弃阵逃遁。至21日，我军共拔除印军据点16处，占领里米金、梅楚卡、更仁等要地。昌都边防部队也于同时夺回卡里、古里、卡伦等地，进驻汉洋底。上述三支担任配合作战任务的部队以出色的战绩，有力地配合了主要方向上的反击作战。
中印边界西段上的主要战场是在班公洛地区。班公洛位于西藏阿里日土县斯潘古尔湖西侧地区，西面紧接印度实际控制区的拉达克，是入侵印军在西段设置的一个重要前进基地。从第一阶段全面进攻失败后，印军又向此地增派兵力，并依据山险建立了6个据点，这些据点工事坚固，火网密集，且在周围布下了大片雷场。印军借此可以控制西藏阿里边防分队的哨卡，并给整个阿里纵深地区的安全造成了威胁。
11月18日上午，印军调集重炮，猛轰驻守在斯潘古尔湖地区的新疆边防部队，并发起了进攻。新疆边防部队指挥部当即作出部署：迂回入侵印军侧后，摧毁印军据点；进而消灭侵占班公洛地区的全部印军。战斗打响后，我军各路反击部队顶风雪、冒严寒，前仆后继，勇往直前，经过两个多小时激战，首克印军3个主要据点，继下另3个据点。守敌一部被歼，大部遭重创后逃窜。20日，班公洛地区反击战胜利结束。至此，中印边界东段、西段上的所有入侵印军据点被全部清除。由印度当局蓄意挑起的这场战争以中国方面完全胜利，印度方面彻底失败而告终。
就在印军全线瓦解，印度朝野一筹莫展，惶惶不可终日之际；就在中国边防部队节节胜利，收复了印军越过1959年11月7日实际控制线所侵占的中国领土并进入了“麦克马洪线”以南的中国领土，军事上处于绝对优势之时，中国政府于11月21日向全世界发表声明，宣布：
一、从1962年11月22日零时起，中国边防部队在中印边界全线停火；
二、从1962年12月1日起，中国边防部队将从1959年11月7日存在于中印双方之间的实际控制线后撤20公里；在东段，中国边防部队虽然至今是在传统习惯线以北的中国领土上进行自卫反击，但仍准备从目前的驻地撤回到实际控制线，即非法的“麦克马洪线”以北，并且从这条线再后撤20公里；在中段和西段，中国边防部队从实际控制线后撤20公里；
三、为了保证中印边境地区人民的正常往来，防止坏分子的活动和维持边境的秩序，中国将在实际控制线本侧的若干地点设立检查站，在每一个检查站配备一定数量的民警，并且将通过外交途径把上述检查站的位置通知印度政府。声明还指出：中国期待印度作出积极的响应。即使印度不能及时作出这种响应，中国也将执行上述措施。
通过这项声明，中国政府再一次用实际行动表示了中国主张通过和平谈判而不是通过战争来解决中印边界问题的诚意，以及保持中印友好关系的愿望。换句话说，打了胜仗的中国并没有在硝烟未散之时，以胜利者的姿态凌驾于对方之上，所提出的条件是仁慈、宽厚的，并且是两国关系恶化以来一直坚持的东西。对此，英国《泰晤士报》评论道：中国单方面的停火和后撤“这个突如其来的决定与其说使人们松了一口气，不如说使人们大吃一惊”。其惊奇、不解乃至暗中嘉许的心情，溢于言表，可以说，该评论代表了当时全世界各地的普遍反应。
随之而来的是，中国一丝不苟地实践了声明中的主张以及一些战争史上从未有过的善举。
1962年11月22日零时，中国边防部队奉命在中印边界各段主动停火；
12月1日，准时开始后撤；
12月中旬，中国边防部队奉命将在反击战中缴获的大批武器弹药、车辆、服装以及“一支战败军队通常所遗弃的其他物品”，包括一批印军没来得及打开箱子的美式自动步枪和一架苏制直升飞机，整理齐全，登记造册，全部交还了印度；
1963年3月1日，中国边防部队全部后撤到1959年11月7日实际控制线20公里以内；
5月26日以前，把印军被俘人员全部释放回国。
至此，这场自卫反击战的尾声部分正式落下帷幕。
