晚上，南越突击队向北越的宇岛和循岛发动两栖攻击。第二天，“马多克斯”号到达了它原定航线的最北端，并向南转向，距海岸23海里航行。这时，迎面开来了完成“34A”行动正在返航的南越突击队的鱼雷艇。岸上北越军队发现了这支舰队，派出3艘鱼雷艇前去侦察。结果，双方发生了遭遇战。
8月2日，美舰“马多克斯号”驶近海岸，它紧急向檀香山报告，接着檀香山向华盛顿火速发出了处于战备状态的报告：“马多克斯”号正在同北越3艘鱼雷快艇交火，其方位在离海岸30海里的“国际”水域内。
在华盛顿，尽管时近午夜，但约翰逊总统还在主持参谋长联席会议。助理国务卿威廉·邦迪为约翰逊翻译文件，提供意见。邦迪毫不怀疑美国和北越这回在北部湾第一次交火，他说：“8月2日，一艘美国驱逐舰肯定遭到了攻击，对这次攻击不存在任何怀疑。有弹洞在，以及其他一切。”约翰逊立即命令另一艘驱逐舰“特纳·乔伊”号支援“马多克斯”号，并指示两艘驱逐舰重返北部湾巡逻。到8月4日清晨，这两艘美国战舰又开始执行代号叫做“德索托”的搜集情报任务。两舰会合时，位于离海岸50到76海里的地方。与此同时，当美国驱逐舰返回北部湾时，更多的南越“34A”舰艇正在袭击海岸设施。
当海军司令部又一次发送出“北越人正在进攻”的“德索托”红色警报时，又是太平洋时间午夜（比华盛顿时间早12个小时）。邦迪说：“在夜里，一艘驱逐舰报告它又受到袭击。它看到鱼雷快艇的航迹，等等，等等。”几分钟之内，召开了参谋长联席会议，约翰逊总统批准，立即实施轰炸方案的第一阶段计划-一对一的“报复性”打击。美国第7舰队司令部发出指令：准备射出突击之箭。
时间正是北太平洋的凌晨3时，舰载飞机开始装载弹药。
太平洋时间拂晓，檀香山再次发电：海面依然波涛汹涌，妨碍着对驱逐舰再次受到袭击的确证。在所有电报中，都不清楚驱逐舰是否真的看到了北越的舰只，但华盛顿却相信早些时候“马多克斯”号偷听到的无线电情报。这些情报被译出来后，约翰逊把国会领导人召集到椭圆形办公室，将攻击计划通知他们。4个小时的倒数计时仍在进行。
白宫告诉国家电视网，准备一次总统可能向全国发表的演说。在五角大楼，被麦克纳马拉文雅地命名的“研究小组”，正在根据目标名单分程传送目标的坐标。威廉·邦迪负责国务院联络，对无线电情报作出估价。时间一分一秒地过去，没有来自被暴风雨困扰的驱逐舰的进一步消息。当倒数计时剩下30分钟时，约翰逊被叫去为电视演播化妆。
美军直升机轰炸越南村庄红绿灯不断亮着，一道电讯穿越太平洋上空：“射出突击之箭。”
轰炸机升入空中，约翰逊向全国发表电视讲话称：“在东京湾（北部湾）公海上重新开始的对美国舰只的敌对行动，迫使我今天下令美国武装力量采取报复行动。”约翰逊告诉美国公民，他已命令美军轰炸越南北方，对那些针对美军的敌对行动，“不但要以戒备、防御来对付，而且必须给予积极的回答，在我向你们讲话的时候，正在作这种回答，现在正在对北越的这些敌对行动中使用的炮艇的某些辅助设备采取空中行动。”约翰逊最后说，这次事件使“全体美国人，深深认识到了在东南亚为自由和安全而进行的斗争的重要性。”这“将使全体美国人加紧努力履行我们对南越人民和政府所承担的义务”。
美军轰炸机轰炸越南北方约翰逊讲完话后，美军轰炸机分批从“提康德罗加”号和“星座”号航空母舰起飞，首次轰炸了参谋长联席会议选定的北越4个鱼雷基地和一座油库。
在美国轰炸北越的同时，一个记者招待会上，有人问麦克纳马拉：“你知道有关涉及南越船只和北越人的事件的情况吗？”这位曾当过哈佛大学教授的国防部长回答说：“没有，我不知道任何事件。”可就在第二天，他又宣布了向西太平洋增兵的六点措施：“一、把第一舰队的一个攻击航空母舰特混群调到西太平洋；二、把截击机和战斗轰炸机调到南越；三、把战斗轰炸机调到泰国；四、从美国调遣截击机和战斗轰炸机的中队到太平洋前进基地；五、把反潜艇的特种部队调到南中国海；六、使经过挑选的陆军和海军陆战队进入警戒状态，准备随时出动。”8月6日，美参众两院举行了秘密的听证会，并起草了一项决议案。第二天，众议院以400票对0票，参议院以81票对2票通过。该决议不仅批准约翰逊采取旨在保护美国军队的有限战争，而且授权他可以“采取一切必要措施-包括使用武装部队去援助东南亚集体防御条约中的任何一个为保卫其自由而请求支援的成员国或条约签字国”。
美国肆意扩大战火，轰炸越南北方，此举激起全世界爱好正义与和平的国家和人民的义愤。就在8月5日轰炸北越后的第二天，中华人民共和国政府发表声明指出：“美国点起了侵略战火，越南民主共和国就取得了反侵略的行动权利，一切维护《日内瓦协定》的国家也取得了支援越南民主共和国反侵略的行动权利。越南民主共和国是社会主义阵营中的一员，没有一个社会主义国家能够坐视它遭受侵略。美国对越南民主共和国的侵犯，就是对中国的侵犯，中国人民绝不会坐视不救。”然而，对所谓“北部湾事件”轰炸越南北方的行动，在美国却出现了一片赞同声。民意测验的结果表明，全国赞赏坚决地处理了北部湾“危机”，约翰逊个人的声望一夜之间从42％升到72％。这使约翰逊得意忘形，激动不已。
约翰逊的内阁开始变得强硬起来，内阁在秘密打算逐步升级，并积极寻求使升级加速的途径。总统核心圈子的顾问们不再遮遮掩掩，遮掩成了羁绊。僚属们都在告诉总统：升级（逐步升级）绝对必要。刚刚接替洛奇出任驻南越大使的泰勒8月10日发来电报，极力主张对北越实施第二阶段计划：连续轰炸。
美军在越南实施机降作战11月1日，南越游击队用迫击炮袭击了西贡附近的边和空军基地，4名美国人被打死，5架B-52轰炸机被毁。两天之后，约翰逊作为温和的候选人在选举中取得了压倒性优势的胜利。春风得意的约翰逊，没有兴奋多长时间，就陷入了“越战”的苦恼。
本来想用轰炸达到打北压南的目的，结果却引来了更大规模的反抗，如之奈何？于是他会见了参谋长联席会议主席，商讨美国对袭击的反应问题。参联会主席强烈要求立即袭击河内附近的空军基地。约翰逊提出3套现代化的轰炸方案，并派助理国务卿威廉·邦迪去同五角大楼联络。11月5日，邦迪提交了计划小组的备忘录。邦迪写道：“边和事件随时可能再次发生，这将迫使我们行动，但也将为我们作出更强有力的行动提供一个很好的跳板。总统显然正在考虑最大限度地运用东京湾（北部湾）事件的基本原理。”
11月的最后一个星期，威廉·邦迪向总统提交了修改好的方案，建议进行“外科手术式的”轰炸-美国在亚洲进行了上千次的一种轰炸形式。目标A被去掉了，要是这还不能够产生作用，然后就是目标B及其他，并加快破坏程度。
1965年2月7日，南越人民武装袭击了中部嘉莱省的美军波莱古基地，击毙美军8名，打伤124名，摧毁美机10架。当晚，约翰逊下令执行早已制定的报复性轰炸计划-“火箭行动Ⅰ”计划。在这之后的两天内，美国舰载战斗轰炸机对北越境内的几个兵营和军事通信中心进行了70余架次的轰炸。
2月10日，南越人民武装又对中部平定省归仁美军基地实施攻击，打死美军23名。约翰逊又命令执行“火箭行动Ⅱ”计划。160架美国和西贡政府飞机轰炸了北越境内的兵营。
2月13日，美总统同意对北纬19度线以南的北越军事目标进行持续轰炸。3月2日，美军开放实施“雷鸣行动”计划。104架美国空军喷气式飞机轰炸了广溪弹药库，19架西贡空军螺旋桨飞机轰炸了邦林海军基地。从此开始到年底，美国在北越上空总共进行了5.5万架次轰炸飞行，投弹3.3万吨。
美国对北越突然发动空中轰炸后，激起了越南人民的愤怒，举国上下积极响应越南民主共和国政府的号召，武装起来，全民皆兵，积极准备和美国的侵略作殊死斗争，在河内掀起了随时准备参军，随时准备战斗，随时准备在任何地方去战胜任何敌人的运动，越南北方已有200万青年要求参加抗美救国的战斗。
越南民主共和国政府发动全民打飞机：军人打，老百姓也打；既用高炮打，也用轻武器打。在1965年4月3日和4日两天，就取得了击落美机47架、生俘2名飞行员的辉煌战果，使美国遭受自开战以来的最惨重的一次损失。
在越南人民抗击美军空袭期间，出现了不少动人的故事。被称为越南北方前哨阵地的了望台的昏果岛，自1964年8月5日以来，这里的战士同美国侵略者作战70多次，有时一天要同美国飞机和别动艇作战5次。1965年3月14日12时45分，美国的27架飞机分批袭击昏果岛。昏果岛的战士怒火中烧，将仇恨凝聚在枪口上，击伤敌机4架，将一架飞机连同飞行员送回了“老家”。
气急败坏的美军为了报复，对昏果岛进行持续轰炸，投向该岛的炸弹如果排起来，可在整个岛上铺满两层。然而，持续轰炸并没有吓倒英勇的战士，他们团结战斗，以牙还牙，从1964年3月至4月连续同敌机展开了92场战斗，取得了击落敌机18架的辉煌战果。
美军利用直升机运送物品在越南南方，一个用卡宾枪击落4架飞机的孤胆英雄阮越凯的事迹广为流传。那是在美伪扫荡金瓯地区时，新兴西乡的游击队做好了作战准备。一天，有6架敌机飞得特别低，差不多快碰到树梢了。接着，又飞来了23架直升机。不久，美机开始轮番扫射。这时阮越凯跑到一片番薯地里隐蔽起来。一会儿，23架直升飞机飞到了他头顶上空。当一架直升飞机正在下降时，阮越凯举起卡宾枪就是一阵扫射，敌机被击中失去平衡，掉到附近的水沟里。接着，另一架敌机又冲过来，对着阮越凯射击。阮越凯毫不示弱，又打掉了一架敌机。这时一部分敌人已经着陆，正向他涌来。他立即开火打退了敌军。一架敌机又一次准备降落，又被阮越凯击中，在金瓯市附近坠毁。紧接着，阮越凯继续向空中敌机射击，击落了第4架敌机。
年越南战场上的丛林骑兵越南军民对付美国空袭的另一个办法，就是去袭击美军的空军基地和机场，把美国飞机大批“报销”在机窝里。例如，自1963年9月至1965年5月，南越人民武装先后对美军机场进行了9次大袭击。最大的有这么几次：
1963年9月9日的朔庄大捷，击毁美直升机50多架，消灭敌人100多名；1964年10月31日的边和大捷，炸毁炸伤美机59架，歼敌200人，伤敌93人。1965年2月7日的波来古大捷，击毁美机42架，打死打伤美军257人；从1965年6月至1966年4月的10个月中，人民武装又对边和、朱星、富利等8个机场进行了袭击，共击毁敌机806架，歼灭美军飞行员及地勤人员6898人。
美国持续轰炸北越的目的，是想迫使北越让步，停止对南越人民武装的援助，以此来扭转南越局势。然而事态的发展并不像美国人所期望的那样，北越不仅没有屈服，反而全民皆兵，准备与美国抗战到底。这是美国人所没有想到的。