11 giờ 45 phút ngày 20-12-1972, Bộ Tổng Tư lệnh điện cho các đơn vị: "Chiều và đêm nay, địch sẽ đánh lớn bằng máy bay B-52 và máy bay cường kích vào Thủ đô Hà Nội".
Sáng cùng ngày, Tổng Tham mưu trưởng Văn Tiến Dũng chỉ thị cho Quân chủng Phòng không-Không quân phải dành đạn tên lửa cho nhiệm vụ đánh máy bay B-52; rút một số đơn vị cao xạ ở Đường số 1 (phía Nam) về bảo vệ trận địa tên lửa.
Lực lượng phòng không kịp thời rút kinh nghiệm các trận đánh trước, tiếp tục củng cố quyết tâm chiến đấu, tổ chức lại đội hình, bổ sung đạn dược, nhiên liệu, hiệu chỉnh khí tài, điều chỉnh cách đánh...
Lực lượng pháo cao xạ bảo vệ Thủ đô Hà Nội, tháng 12-1972.
Trong đêm 20-12, địch sử dụng 93 lần chiếc B-52 và hơn 100 lần chiếc máy bay cường kích các loại vào đánh phá Hà Nội và một số mục tiêu ở khu vực Hải Phòng, Thái Nguyên. Trận chiến đấu bắt đầu lúc 19 giờ 27 phút, khi tốp B-52 đầu tiên xuất hiện trên vùng trời Tây Bắc.
Lần đầu tiên dân quân, tự vệ Hà Nội lập chiến công xuất sắc: Lúc 21 giờ ngày 20-12, tại trận địa Vân Đồn (Hà Nội), các chiến sĩ Đại đội tự vệ của 3 nhà máy (Cơ khí Mai Động, Gỗ Hà Nội và Cơ khí Lương Yên) bằng 19 viên đạn 14,5mm đã bắn rơi 1 chiếc F-111 “cánh cụp, cánh xòe” của địch. Các đại đội pháo 100mm của dân quân, tự vệ Thủ đô đã hiệp đồng chặt chẽ, bằng nhiều phương pháp bắn cản (bắn đón), bắn theo tiếng động... góp phần bảo vệ vững chắc các trận địa tên lửa và những mục tiêu quan trọng. Đặc biệt, bộ đội tên lửa đã thực hiện trận đánh xuất sắc, bắn rơi 7 chiếc B-52 (có 5 chiếc rơi tại chỗ). Đây là một trong những trận đánh then chốt của chiến dịch.
Với chiến thắng liên tiếp trong ngày 20-12, Đại tướng, Tổng Tư lệnh Võ Nguyên Giáp gọi điện thoại xuống các đơn vị biểu dương bộ đội phòng không Hà Nội. Đại tướng nói: ''Cả nước đang hướng về Hà Nội. Toàn thế giới đang hướng về Hà Nội. Từng giờ, từng phút, Bộ Chính trị và Quân ủy Trung ương theo dõi chặt chẽ cuộc chiến đấu của Hà Nội. Vận mệnh của Tổ quốc đang nằm trong tay các chiến sĩ phòng không bảo vệ Hà Nội''...
Theo QĐND