Năm 1950, anh Lê Quang Đạo đang là Phó ban Tuyên truyền Trung ương (Tổng Bí thư Trường Chinh là Trưởng ban) và phụ trách Báo Sự thật. Cùng với anh Đạo, Trung ương Đảng điều động 50 cán bộ chủ chốt vào quân đội. Chủ tịch Hồ Chí Minh đã ký sắc lệnh giao anh Lê Quang Đạo làm Cục trưởng đầu tiên của Cục Tuyên huấn, Tổng cục Chính trị và năm 1955 làm Phó chủ nhiệm Tổng cục Chính trị. Trong gần 30 năm, anh Đạo phụ trách công tác văn hóa tư tưởng, địch vận và đối ngoại của quân đội; đồng thời anh trực tiếp lãnh đạo các chiến dịch lớn trong hai cuộc kháng chiến.
Ngay năm đầu vào quân đội, anh Đạo tham gia lãnh đạo Chiến dịch Biên giới với nhiệm vụ Phó chủ nhiệm Chính trị mặt trận. Bác Hồ trực tiếp tham gia chỉ đạo chiến dịch. Anh và mấy đồng chí cùng đi với Bác. Đi bộ, leo đèo, lội suối suốt mấy chặng đường núi đá mấp mô. Anh Đạo nói: “Bác Hồ dạy tôi bài học đầu tiên làm công tác chính trị trong quân đội. Những lời chỉ bảo trực tiếp của Bác và hoạt động thực tiễn của chiến dịch vô cùng quý giá đối với tôi. Bác nói: Công tác của một cán bộ chính trị trong quân đội còn phải quan tâm đến mọi sinh hoạt của bộ đội”.
Tháng 1-1954, khi là Phó chủ nhiệm Chính trị mặt trận và đang chỉ đạo kéo pháo vào Điện Biên Phủ, anh nhận lệnh kiêm nhiệm Chính ủy Sư đoàn 308. Ngay sau đó, trong một tháng, sư đoàn hành quân thần tốc đánh sang Lào rồi quay ngay về đánh Điện Biên Phủ. Thư anh gửi từ đất Lào, đúng ngày Tết: “Trèo đèo, lội suối theo đơn vị truy kích địch cũng vất vả mội tí nhưng anh em chiến sĩ vất vả và gian khổ hơn nhiều lắm. Có đơn vị đi liền 5 ngày đêm không ngủ, chỉ ăn hai nắm cơm và một ít gạo rang”.
Sau đợt tiến công thứ hai của Chiến dịch Điện Biên Phủ, tại mặt trận đã xuất hiện tư tưởng ngại hy sinh, mệt mỏi, bi quan... Đảng ủy mặt trận đã tổ chức chỉnh huấn tại trận địa. Theo lời Đại tướng Võ Nguyên Giáp: “Anh Đạo đã giúp tôi tổ chức hội nghị động viên tinh thần cán bộ trung cao cấp ở Điện Biên Phủ. Hội nghị đã cực kỳ thành công”. Đợt chỉnh huấn đã tạo không khí tin tưởng, phấn khởi trên toàn mặt trận, quân ta hăng hái mở đợt 3, tổng công kích tiêu diệt tập đoàn cứ điểm Điện Biên Phủ.
Từ năm 1964 đến 1965, Mỹ ném bom miền Bắc và đổ quân vào miền Nam. Anh Đạo chỉ đạo Cục Tuyên huấn xây dựng các điển hình anh hùng. Các Phong trào “Nhằm thẳng quân thù mà bắn”, “Tìm Mỹ mà đánh, tìm ngụy mà diệt”... phát triển rầm rộ khắp hai miền. Thời gian đó, chiều chiều, anh mang ba lô gạch tập quanh ngôi nhà tôi ở tại 28D Điện Biên Phủ để chuẩn bị vào chiến trường
Cuối năm 1967, Quân ủy Trung ương quyết định mở Chiến dịch Đường 9-Khe Sanh, đòn nghi binh chiến lược cho Tổng tiến công và nổi dậy Xuân Mậu Thân 1968 trên toàn miền Nam. Anh Lê Quang Đạo là Chính ủy kiêm Bí thư Đảng ủy, Thiếu tướng Trần Quý Hai là Tư lệnh. Vào chiến dịch ít ngày, địa điểm bị lộ. B52 ném bom vỡ núi. Bị đá lấp, cả tiểu đội thông tin hầu hết là nữ hy sinh trong hang. Đoàn cán bộ lạc trong bãi bom B52, hai đồng chí bảo vệ bị thương vì đá đập khi nằm đè lên che cho anh Đạo. Bác sĩ Trung kể lại: “Để xua tan lo âu, anh Đạo kể chuyện vui. Chuyện vừa dứt, tiếng cười bật lên... Cả đoàn còn sót bát thính rang từ cơm nguội. Bát thính được chia làm 13 phần, mỗi phần chỉ vài trăm hạt, cho một lần vào miệng lọt thỏm. Cầm phần thính, anh Đạo chỉ nhận phân nửa, còn phân nửa anh đưa tới một đồng chí vừa dứt cơn sốt rét, vì anh biết rằng sau cơn sốt rét, cái đói và cái khát càng ghê gớm hơn”.
Mùa thu năm 1968, quân Mỹ rút khỏi Khe Sanh, chiến dịch hoàn thành xuất sắc nhiệm vụ sau hơn 170 ngày đêm chiến đấu. Anh Đạo ra Hà Nội. Mấy hôm sau, Bác Hồ gọi anh lên gặp và giữ ở lại ăn cơm riêng. Nghỉ mươi ngày, anh Đạo quay lại phía Nam làm Chính ủy kiêm Bí thư Đảng ủy Bộ tư lệnh 500 mới thành lập, Thiếu tướng Nguyễn Đôn là Tư lệnh, với nhiệm vụ trung chuyển hàng và người cho Bộ tư lệnh 559. Lúc này, địch ngừng ném bom từ vĩ tuyến 21 trở ra và tập trung đánh phá “vùng cán xoong”. Xăng dầu không chở bằng xe được vì đường hỏng nặng. Bộ tư lệnh 500 có sáng kiến vừa sửa đường, vừa tổ chức người cõng từng thùng phuy nhỏ, ba lô lót nilon... đi bộ để tải xăng cho 559. Tư lệnh Đoàn 559 Đồng Sĩ Nguyên kể lại: “Anh Đạo điện nói chuyện dài với tôi. Anh nói nhẹ nhàng nhưng rất thuyết phục: Trước mắt, phải gùi thồ xăng dầu sang cho 559... Dù xăng dầu tiếp tế kiểu này không thể đáp ứng đủ nhu cầu, nhưng giá trị về quyết tâm thì rất cao và tạo nên sự động viên mạnh mẽ ở 559”. Gần hai năm lãnh đạo chiến đấu căng thẳng liên tục, giữa năm 1969, anh bị cơn đau tim đột ngột khi lội suối đi công tác, phải cấp cứu gấp ra Bắc.
Đầu năm 1971, địch mở cuộc hành quân Lam Sơn 719 đánh vào Nam Lào với âm mưa cắt đứt đường vận chuyển từ miền Bắc. Từ mùa hè năm 1970, ta đã phán đoán đúng ý đồ của địch và tích cực làm công tác chuẩn bị. Quân ủy Trung ương quyết định mở Chiến dịch lịch sử Đường 9-Nam Lào, Thiếu tướng Lê Trọng Tấn là Tư lệnh, anh Lê Quang Đạo là Chính ủy, Bí thư Đảng ủy. Chiến dịch này ta thắng lớn, bắt hàng nghìn tù binh, đánh bại mưu đồ “Việt Nam hóa chiến tranh”. Anh Đạo kể lại: “Đại tá Thọ-chỉ huy Lữ đoàn Dù 3-bị quân ta bắt, đã nói với tôi là chính quyền Sài Gòn chỉ tồn tại được hai năm khi quân Mỹ đã rút hết”. Thực tế lịch sử đúng như vậy.
Trong cuộc tiến công chiến lược năm 1972, Trị-Thiên là hướng quan trọng nhất. Tháng 3-1972, cặp đôi anh Đạo, Chính ủy kiêm Bí thư Đảng ủy và anh Tấn, Tư lệnh, Bộ tư lệnh Mặt trận Trị-Thiên lên đuờng. Ngày 2-5-1972, ta giải phóng thị xã Quảng Trị. Sau đó, cuộc chiến đấu giữ thị xã và Thành cổ Quảng Trị kéo dài 81 ngày đêm vô cùng khốc liệt. Thành cổ Quảng Trị không phải vị trí có ý nghĩa lớn về quân sự, nhưng là biểu tượng rất quan trọng, một hỗ trợ lớn theo yêu cầu của đoàn đàm phán ta ở Paris. Thành cổ rộng chưa đầy 3km2, chịu gần 120 nghìn tấn bom, gấp 7 lần trái bom nguyên tử ném xuống Hiroshima, chưa kể gần 2 triệu viên đạn pháo cỡ lớn các loại. Quân ta chịu nhiều hy sinh. Có đơn vị mới vào Thành cổ, tối hôm trước chưa kịp điểm quân, sáng hôm sau đã hy sinh gần hết. Đang ở Sở chỉ huy mặt trận, anh Đạo bị ngất ngay tại chỗ do căng thẳng quá sức khi nhận tin cán bộ, chiến sĩ có thương vong lớn.
Chiến dịch Trị-Thiên và các mặt trận khác trong cuộc tiến công chiến lược năm 1972 đã tạo ra cục diện mới trên chiến trường và cùng với trận Điện Biên Phủ trên không cuối năm ở miền Bắc đã buộc Mỹ phải ký Hiệp định Paris năm 1973 về chấm dứt chiến tranh.
Cuối năm 1973, Hội nghị Trung ương Đảng lần thứ 21 họp tổng kết chiến tranh, chuẩn bị cho giai đoạn tiến công thống nhất đất nước sau khi Mỹ đã rút quân. Một lần nữa, anh Đạo bị ngất khi đang tập trung viết bài phát biểu. Tại hội nghị, anh Đạo đã đọc bài phát biểu trong hơn 20 phút, nhận xét thẳng thắn về những thành công và nhất là những sai sót trong 20 năm chiến tranh (1954-1973). Sau hội nghị này, quân đội ta đã thành lập đồng bộ các quân đoàn chủ lực lớn, lực lượng quyết định thắng lợi của Tổng tiến công và nổi dậy mùa Xuân 1975.
