事件发生后，1月24日，中共中央军委电示沈阳军区、北京军区，要求加强中苏边界东段的边防警戒。中央军委还作了一些克制性的规定：如遭到苏方殴打，我方可以还手，但不要开枪；如苏方使用装甲车等向我冲撞时，我方可采取必要的防护措施，并向苏方提出强烈抗议；如苏方用装甲车等继续向我冲撞，并轧死轧伤我方人员时，我方可以相应地还击，如炸毁其车辆，棒击其人员，但不准开枪射击；如苏方向我开枪，我应当场向苏方提出最强烈抗议，并鸣枪警告。当我方两次警告无效，对方打死打伤我方人员时，我边防部队可以开枪还击。但是，在采取上述自卫措施时，应做到“先礼后兵”，并且把还击行动控制在我方境内。①
没有飞机坦克，我们照样打胜仗（2）
根据中央军委的建议，沈阳军区从值班部队中抽调了部分精干人员进入七里沁岛附近，进行反击准备。但苏方因东欧国家局势不稳而收敛了越界行为，直到乌苏里江春季开冰前，双方未发生武装冲突。
然而，1968年春夏以后，苏军飞机越过边境线进行侦察挑衅的事件却日益增多。对此，中国政府向苏联政府提出了抗议，但在边界上未采取射击行动。8月，苏联大规模入侵捷克斯洛伐克。随即，苏联领导人又想在边界上对中国施加压力。当时，苏联在中苏边界东段的军队有十多个师。中国正在搞“文化大革命”，军队大都忙于地方支左和制止武斗，边防线上只有少量守备部队和警戒部队，双方力量相差悬殊。另外，中共中央正在筹备召开九大。在此情况下，苏联边防军多次挑起了边界冲突。
1968年年底乌苏里江封冰后，珍宝岛成为双方冲突的焦点。12月27日，苏联边防军出动装甲车、卡车运载携带武器的军人登上珍宝岛，拦截上岛的中国边防巡逻队，并用棍棒殴打中国边防巡逻人员，中方人员用棍棒进行还击。在1969年1月23日的殴打中，中国边防人员有28人负伤，部分武器被抢走。进入2月份后，只要中国边防人员登上珍宝岛，苏军就立即进行干涉，而且苏军出动的人员往往是中方人员的2至3倍。从2月6日至25日，曾发生5起苏军殴打中国边防人员的事件。2月7日，还发生了苏军人员以冲锋枪向中国巡逻队方向发射6个点射的严重事件。但中国边防人员保持克制，并未开枪还击。
因苏军在珍宝岛一再挑衅，中方开始考虑采取必要措施进行还击。1969年1月25日，黑龙江省军区制定了在珍宝岛进行反对苏军干涉的方案，打算以3个连的兵力参加战斗，以一部兵力上岛潜伏，如苏方以武力强行干涉我巡逻分队执行任务，潜伏分队视情况给予支援。2月19日，总参谋部批准了黑龙江省军区的方案。
可以肯定地说，中方对苏军的反击是经过充分准备的。经中央军委批准后，沈阳军区作了周密部署，抽调精干小分队，准备对付苏军的入侵和挑衅。黑龙江省军区决定，在靠近珍宝岛的边防站成立临时指挥所，沈阳军区还成立了虎（林）饶（河）前线指挥部。中央军委、沈阳军区强调，自卫还击要严格限制在乌苏里江主航道中心线中国一侧，行动要迅速，不纠缠、不恋战，取得胜利后立即撤至有利地区。
3月2日，双方在珍宝岛发生了第一次武装冲突。当天，虎饶前线指挥部决定派出部队前往珍宝岛巡逻，并向中国一侧岸上派出2个步兵连、4个侦察排、1个无后座力炮排和1个重机枪排，秘密掩护巡逻分队，遇到情况时即可采取行动。上午8时40分，中国边防部队两个小组共30人前往珍宝岛巡逻。其中，孙玉国带领的第一巡逻小组上岛后，很快就被对面苏军发现。10分钟后，苏军立即从两个边防哨所派出70人，分乘2辆装甲车、1辆卡车、l辆指挥车向珍宝岛驶来，试图堵截中国巡逻队。
此前，苏军上岛阻拦中国边防巡逻队时，通常是手持棍棒，枪背在肩上，也不戴钢盔。但是，这一天，苏军手持冲锋枪，头戴钢盔，随时准备进入战斗状态。原来，苏军远东指挥部已下令，指示驱赶中国“越境”人员，必要时可以开枪。苏军上岛后，立即对中国边防巡逻队形成包围之事，企图迫使中国巡逻队后退。中国巡逻队要求苏军离开珍宝岛，苏军不予理睬，继续向前进逼。此时，未被苏军发现的中国边防第二巡逻小组突然出现在眼前，并从苏军侧翼穿插过来，挡住苏军的一支小分队。苏军发现中国军队早有准备，仓促之中向中国边防巡逻队开枪。中国巡逻队没有来得及展开，当即伤亡6人。中国边防军第二巡逻小组听到枪声后迅速还击，当场打死苏军7人。这时，正在珍宝岛中国一侧岸上隐蔽待命的部队，也奉命投入战斗。①
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没有飞机坦克，我们照样打胜仗（3）
战斗进行了30多分钟，于9时50分结束，中国边防军打死打伤苏军60多人。据苏方的统计，苏军被打死31人。另外，中国边防军还击毁苏军装甲车1辆、指挥车1辆和卡车1辆，其余苏军人员退出珍宝岛。中国边防军阵亡17人，负伤35人，失踪1人。
当天，中国政府向苏联政府提交了抗议照会，指出：3月2日9时17分，苏联边防当局出动大批全副武装的军人、四辆装甲车和汽车，“公然侵入无可争议的中国领土珍宝岛地区，对正在执行正常巡逻的中国边防军人，进行猖狂挑衅，首先开枪开炮打死打伤我边防军人员多名。我边防军在多次向苏边防军警告无效、忍无可忍的情况下，被迫进行了自卫还击。这次严重流血事件，完全是苏联当局一手造成的。这是苏联当局长期以来蓄意侵犯中国领土，进行武装挑衅，不断制造流血事件中的又一次新的严重罪行。中国政府坚决要求苏联政府惩办这次事件的肇事凶手，立即停止侵犯中国领土和武装挑衅，并保留要求苏方赔偿我方一切损失的权利。”中国政府再次严正警告莫斯科：“中国的神圣领土是不容侵犯的，如果你们一意孤行，继续挑起中苏边境武装冲突，必将遭到中国人民坚决的回击，由此产生的一切严重后果，只能由苏联政府承担全部责任。”
3月4日，《人民日报》、《解放军报》发表了经周恩来修改的社论，指出：长期以来，珍宝岛地区一直在中国管辖之下，我国边防部队人员一直在这个地区进行巡逻。“怎么能够说珍宝岛地区突然跑到‘苏联国境线’那边去了呢？怎么能够说这块中国领土成了苏修边防军‘警卫’的地方呢？明明是苏修军队侵犯中国领土珍宝岛，向中国边防部队人员猖狂进攻，你们却反诬是中国边防部队人员发动‘挑衅’。”
同一天，哈尔滨市一百万军民冒着严寒，举行示威游行。中苏边境的呼玛、爱珲、萝北、饶河、虎林等地军民在###上用大量耳闻目睹的事实，说明珍宝岛自古以来就是中国的领土。当地居民反映，他们祖祖辈辈一直在珍宝岛、卡脖子岛、七里沁岛上打鱼谋生，很多人还在珍宝岛上盖了房子。
尽管这次冲突引起了中国人的极大愤慨，但中国还是采取了较为克制的态度，而且在对外宣传方面也很注意分寸。当时，全国有亿多人参加了游行活动。3月4日，中共中央、国务院、中央军委发出通知，要求各地军民在游行中严格遵守中央的指示，做到不冲、不砸、不烧、不抓、不打苏联驻华使馆、机构和苏联在华人员。3月6日，周恩来将宣传部门送审的稿件中有关“苏修”的字眼改为“苏联”。他还多次指示边防部队，要严格按照“有理、有利、有节”的原则行事。
珍宝岛冲突发生后，苏军在远东地区进入了临战戒备状态。此后，苏军多次派出配备有装甲车的武装部队越过乌苏里江，于3月4日、5日、7日、10日、11日、12日和14日登上珍宝岛。同时，中国边防军继续上岛巡逻，但双方没有发生冲突。
当时任沈阳军区司令员的陈锡联回忆说，这次珍宝岛自卫反击战确实是经过中央批准，早有准备的。当时正准备开九大，大军区首长均已来到北京，因此，中央军委专门在京西宾馆开设了一个房间，架设了专线，由他负责直接与前线联系，外交部副部长乔冠华负责掌握国际方面的情报，随时向周恩来汇报，并由周恩来下最后决心。为了最初的战斗，我们准备了两三个月的时间，从三个军抽调了三个侦察连，一个连二三百人，由有作战经验的参谋人员带队，进行了专门的训练和配备，打得干脆利落。3月2日战斗结束后，“我们知道他们要来，就在江汊口大量埋了地雷。他们首先从西边来了辆坦克，我们给炸了，他们不敢走了。从正面来了30多人，炮火掩护。我们当时在岛上也没有什么人，但炮火都准备好了。在一个不到一平方公里的岛上，苏方出动了几十辆车、几十辆坦克、装甲车，我请示总理：现在是开炮的时候了，得到总理的同意，我就让开炮。打了半个小时，珍宝岛变成一片火海，把他们的车辆都打了。他们没有再增援部队，也用炮向我们射击，我们也用炮回敬他们”。
没有飞机坦克，我们照样打胜仗（4）
鉴于苏军装甲车辆频繁进入珍宝岛活动，3月14日夜，中国边防军派出1个步兵班进入珍宝岛警戒，掩护工兵在乌苏里江的江汊上埋设反坦克地雷。此时，苏军向边界地区增加了一个摩托化步兵团、一个坦克营和4个大口径火炮营。3月15日凌晨4时，苏军6辆装甲车乘着黑夜掩护30多名步兵登上珍宝岛，潜伏在丛林里，准备偷袭上岛的中国巡逻队。但是，苏军的举动被中国边防部队发觉，双方随即发生一场更为激烈的冲突。
上午7时40分，中国边防军两支巡逻队登上珍宝岛。8时零2分，中国边防巡逻队与岛上的苏军开始交火。激战一个多小时后，中国边防军击毁苏军两辆装甲车，苏军撤回到苏联一侧，第一次战斗结束。9时46分，苏军出动3架飞机向珍宝岛俯冲过来。接着，苏军在岸上炮火掩护下，出动坦克6辆、装甲车5辆，分两路向珍宝岛上的中国军队展开攻击，同时以4辆坦克向珍宝岛南侧江汊运动，企图从背后攻击中国军队。中国边防部队在岸上火力支援下，顽强抵抗苏军的冲击。这时，中国边防军无后座力炮班登上珍宝岛后，立即架炮向苏军坦克射击。然而，中国边防军使用的75毫米无后座力炮和40毫米火箭筒都是四十年代设计的，威力有限，只打掉了苏军两辆装甲车，击毁一辆坦克。苏军坦克遭到打击后队形顿时混乱起来，1辆坦克闯入雷区被炸毁，其余坦克慌忙逃回苏联一侧。
下午1时35分，苏军以大口径火炮、坦克炮向珍宝岛及江岸中国一侧防御阵地、边防站及后方桥梁猛烈轰击，火力正面达10公里，纵深达7公里。在持续2小时的炮击之后，15时13分，苏军又出动10辆坦克、14辆装甲车、100多名步兵向珍宝岛发起第三次攻击。岛上的中国边防部队遵照毛泽东的教导，“敢把敌人放近打，三百米不打，二百米不打，八十米不打，七十米不打，放到五十米，突然开火”，用无后座力炮、火箭筒在距苏军几米、十几米的地方开火，多次打退了苏军的冲锋。15时30分，岸上中国炮兵群也加入战斗，以猛烈的火力集中轰击，击毁苏军