1969年3月1日深夜，大約300名身着白色偽裝的中國部隊來到珍寶島，在一片樹林中挖好掩體，架好通往指揮部的電話線，潛伏下來。3月2日上午，30名中國軍人向珍寶島邊前進邊高呼毛主義的口號。蘇聯哨所的部分人員乘兩輛裝甲運輸車駛向珍寶島。抵達該島後，他們像往常一樣，把自動步槍挎在胸前，互相挽起胳膊阻擋中國人通過。中國軍人列隊前行，看上去沒帶武器。當他們走到離俄國人約20英尺時，第一排的人突然向兩旁散開，第二排的人迅速從大衣下抽出手提機關槍向俄國人射擊。指揮員和另外6名俄國人當場死亡。與此同時，埋伏在珍寶島上的300名中國部隊一齊開火。迫擊炮、機槍和反坦克火箭筒也從中國一側的江岸上吼叫起來。中國人向俄國人發起衝鋒，俄國人被擊敗了。據俄國人說，中國人還殺害了19名俄國俘虜。蘇方指揮官看到發生了戰鬥，即率部乘坐裝甲車攻擊中方部隊的右側，雙方展開了激烈戰鬥。最後中國人退回了烏蘇里江岸（中國一側）。

參加珍寶島戰鬥的康斯坦丁諾夫說:“1969年3月2日上午觀察站報告，發現有大約30名中國軍人進入蘇聯邊界。邊防哨所的上尉帶領30人的小組去迎阻入侵者。突然，他們遭到機槍射擊。邊防軍機動分隊和軍士學校接到命令後火速趕往一片硝煙的達曼斯基島。上尉和他的小組全部陣亡。在列兵彼得羅夫（Petrov）的大衣裡面發現了照相機，後來照片洗出來了，這是他死前拍攝的最後3張照片。其中一張照片是當上尉帶人接近中國軍人時，有一個中國軍人向側面舉起手，明顯是向埋伏在掩體裡的中國人發信號，就在這一瞬間，戰鬥開始了。”

蘇聯邊防隊正在與中國軍隊作戰，但蘇軍遠東正規軍卻無法加入戰鬥提供幫助，“因為需要有克里姆林宮的命令才能那樣做，而國防部不想讓蘇聯正規軍捲入這場衝突，國防部的命令是‘不僅要保衛邊界，還要不激化邊界衝突，把衝突局限為邊防隊的行動’。”

中方資料也披露了衝突起自中方的預謀:“當時中方派出的兵力是2個步兵連、4個偵察排、1個無後座力炮排和1個重機槍排。3月2日拂曉前部隊登上珍寶島秘密掩蔽。晨8時40分，派出30人分兩組登上珍寶島，蘇邊防隊派人上島後，要求中國人退回。中方第二戰鬥組從側翼穿插出現，當場擊斃蘇軍7人。在珍寶島隱蔽待命的部隊也投入戰鬥。戰鬥至10時30分結束。（埋伏在島上的）中方部隊撤回，蘇聯邊防隊隨後登島，將蘇方傷亡人員運回。” 據當時的瀋陽軍區司令員陳錫聯說，這次戰鬥事先“經過了中共中央的批准，早有準備……我們準備了兩三個月的時間，從部隊抽調了3個偵察連，一個連有300人，由有作戰經驗的參謀人員帶隊，進行了專門的訓練和配備。”

3月2日的珍寶島衝突，中方死傷52人，蘇方陣亡32人負傷14人。蘇聯對珍寶島衝突的初始反應是疑惑不解，並對中方有預謀地襲擊蘇軍的作法進行了強烈的譴責。但蘇聯領導人繼續出訪國外，並未考慮到中蘇邊界衝突擴大的可能性。

這個事件，是自第二次世界大戰結束25年來蘇聯邊境首次遭到的軍事攻擊。此消息迅即傳遍全球。

但是，似乎北京最高決策圈認為事態還不夠嚴重，於是增調1個步兵團、2個偵察連，2個加農炮營和1個高炮營，集結於珍寶島隔江的中國江岸一側。這提示將會發生新的戰鬥。中方資料說:“由瀋陽軍區部署，1969年3月14日晚上（珍寶島）前線部隊開始實施作戰方案”。 3月15日早晨中方在珍寶島挑起了更大規模的邊界戰鬥。據陳錫聯披露:“15日的戰鬥是北京直接指揮的。當時正準備開中共‘九大’，各大軍區首長均已來到北京。中央軍委專門在京西賓館開設了一個房間，架設專線，由我負責直接與（珍寶島）前線聯繫。外交部副部長喬冠華負責國際方面的情報，隨時向周恩來匯報。”

中國此次投入的兵力約5,000人。蘇邊防隊的裝甲車和坦克進行了反擊。中方江岸上的中國人首先以預設的炮群轟擊蘇方和對岸的蘇聯領土，試圖阻止蘇方車輛的運動。然而中方使用的75毫米火炮和40毫米火箭筒，破甲能力低，無法擊毀蘇方坦克。戰鬥開始後，蘇聯邊防隊根據情況要求正規軍炮兵增援，莫斯科卻沉默着。由於勃烈日涅夫和國防部長格列奇科（AndreiGrechko）正在分別訪問匈牙利和印度，蘇方無人能做出相應的決定，直至中午之後，炮兵增援部隊才被派出。下午，蘇方正規軍的“冰雹”多管火箭炮（BM-21）猛烈轟擊中國江岸上的陣地，摧毀了中方的炮群。“冰雹”是蘇聯研製的著名陸戰武器，此時首次亮相，蘇俄軍事專家估計不可能有中國人在“冰雹”覆蓋範圍內倖存。據說使用“冰雹”的命令是勃烈日涅夫下達的，但蘇軍遠東部隊指揮官奧列格·洛希克披露是他獨自決定使用“冰雹”火箭炮進行反擊。當晚戰鬥結束，蘇軍傷亡約60人，中方部隊傷亡約800人。 3月15日當天，中方外交部強烈抗議蘇軍“入侵珍寶島”。 3月17日蘇軍進入珍寶島正式設防。“文革”期間中方再沒有登上珍寶島。在江叉，有一輛履帶損壞的蘇軍T62坦克沉入江底，5月2日中國人設法將這輛坦克拖出，送往北京軍事博物館收藏。據2001年解密的蘇聯文件說，當年蘇軍在珍寶島的兩場衝突中有58人陣亡、94人受傷。中方則不公布自己的傷亡數字，蘇方估計中方部隊陣亡約千人。

3月15日戰鬥的後果是相當嚴重的：俄國人被一再的挑釁所激怒，“其結果使莫斯科和北京向大規模軍事衝突靠近了。” 

從事實來看，珍寶島衝突是由中國人挑起的，中方還有預謀地拍攝了珍寶島戰鬥的紀錄片。研究者的共識是:“越來越多的資料說明1969年3月間發生的珍寶島戰鬥中國是主動挑起者”； “毛澤東也知道，對於珍寶島衝突，蘇聯高層事先並不知情”。 從蘇聯的檔案中還可以看出蘇聯的反應與中國的反應大不相同：事發後，俄國人普遍不明白中國人為何要武力占領該島；蘇共中央給東歐共產黨各國發出的通報也表明蘇聯對中方行動的最初反應是毫不知情，滿腹狐疑，通報還說“情況表明對此事件中國已做了長時間的準備。”“而俄國向世界公布的戰鬥過程的詳細程度和他們表現出的極大義憤，不能不使人相信，這次事件確實是中方周密策劃的。” 那麼，為什麼中方要故意“把長期存在的中蘇邊界爭端推向戰爭”？