Tỉnh Sơn La mới được giải phóng, tình hình chính trị, xã hội vẫn còn nhiều khó khăn, phức tạp, nhưng quân và dân Sơn La ra sức ổn định tình hình, xây dựng củng cố hậu phương, giữ vững vùng mới giải phóng. Dưới sự lãnh đạo của Đảng, Khu ủy Tây Bắc LLVT tỉnh đã tập trung củng cố, xây dựng chính quyền, ổn định chính trị và phát triển dân quân du kích và bộ đội địa phương, tạo nên thế trận chiến tranh nhân dân rộng khắp trên địa bàn tỉnh.

Đầu năm 1953, tỉnh Sơn La đã thành lập 2 đại đội bộ đội chủ lực, mỗi huyện có từ 1 đến 2 trung đội; đến đầu năm 1954, tỉnh Sơn La đã thành lập được 2 tiểu đoàn độc lập, mỗi huyện 1 đại đội, nhiều cơ sở dân quân du kích phát triển mạnh, lực lượng lên tới 1.151 người và đã phối hợp chặt chẽ với các đơn vị bộ đội chủ lực tham gia chiến đấu giành thắng lợi trong Chiến dịch Thượng Lào 1953 và Chiến dịch Đông Xuân 1953 - 1954, đã siết chặt vòng vây quân Pháp ở Điện Biên Phủ.

Cùng thời điểm này, để làm suy yếu thế tiến công của ta, thực dân Pháp điên cuồng đẩy mạnh hoạt động phỉ tập trung ở Mường Lầm, Thuận Châu và dọc sông Mã, tả ngạn sông Đà, lực lượng phỉ lên đến 2.500 tên. Triển khai chỉ thị đặc biệt của Khu ủy Tây Bắc về công tác tiễu phỉ, ngày 23/10/1953, LLVT tỉnh Sơn La đã phối hợp với LLVT tỉnh Lai Châu, Tiểu đoàn 183, Trung đoàn 246 và được sự ủng hộ, dẫn đường của nhân dân đã tiến công tiêu diệt phỉ trên địa bàn Sông Mã và Thuận Lỵ. Đến tháng 11/1953 hầu hết các cụm, ổ phỉ từ Sông Mã đến Thuận Châu, vùng tả ngạn sông Đà đều bị quét sạch. Nối thông đường 41 (nay là quốc lộ 6), tuyến đường huyết mạch từ Hòa Bình - Sơn La - Tuần Giáo.

Sau những thất bại liên tiếp ở chiến trường Tây Bắc, Thượng Lào và sự thất bại của quân phỉ, thực dân Pháp lâm vào thế bị động, lúng túng. Pháp cho tập trung xây dựng cứ điểm Điện Biên Phủ, theo khẳng định của các tướng lĩnh Pháp là “Pháo đài bất khả xâm phạm”, “Chiếc cối nghiền thịt bộ đội Việt Minh”,  động vào cứ điểm là “đụng đầu vào đá”..., lực lượng viễn chinh của Pháp lên đến 12 tiểu đoàn, cao điểm lên đến 17 tiểu đoàn, 3 tiểu đoàn pháo bình, 1 tiểu đoàn công binh, 1 đại đội xe tăng, 1 đại đội xe vận tải 200 chiếc, huy động 80% không lực ở Đông Dương tham chiến.

Trước tình hình đó, ngày 6/12/1953, Bộ Chính trị đã quyết định mở Chiến dịch Điện Biên Phủ. Xác định tỉnh Sơn La là hậu phương trực tiếp của mặt trận Điện Biên Phủ, Trung ương đã giao nhiệm vụ cho tỉnh Sơn La là nơi trung chuyển và huy động lương thực, thực phẩm, lực lượng dân công phục vụ cho chiến dịch. Tỉnh ủy Sơn La đã thành lập “Ban cung cấp tiền phương của tỉnh”, lãnh đạo quân và dân tỉnh vừa thực hiện nhiệm vụ quân sự địa phương, vừa chỉ đạo LLVT tỉnh tham gia chiến đấu, phục vụ chiến đấu với tinh thần “Tất cả cho tiền tuyến”, “Tất cả để bộ đội ăn no đánh thắng”.

Tỉnh Sơn La được Trung ương Đảng giao mở tuyến đường số 13 (nay là quốc lộ 32 và 37) phía Đông Yên Bái đến Cò Nòi dài 188 km và đường 41 từ Hòa Bình lên Tuần Giáo dài 271 km. Đây là các tuyến đường có nhiều đèo, cầu, ngầm qua suối, có đèo Lũng Lô, bến phà Tạ Khoa, Đèo Chẹn, ngã ba Cò Nòi là tọa độ lửa, trọng điểm bắn phá ác liệt của địch.

Lực lượng vũ trang tỉnh Sơn La và dân công hỏa tuyến đã tham gia với một không khí thi đua lao động sôi nổi, khẩn trương liên tục diễn ra trên khắp tuyến đường dài hàng trăm cây số, vừa chạy với thời gian, vừa bất chấp máy bay địch liên tục oanh tạc đánh phá, với trên 21.867 dân công; 2.434.759 ngày công đóng góp cho chiến dịch bám đường, sửa chữa cầu thông suốt. Các con đường giao thông 13 và 41 nối liền Tây Bắc với căn cứ địa Việt Bắc và Liên khu 3, Liên khu 4 đã được sửa chữa tu bổ và thông suốt.

Bộ đội công binh Trung đoàn 151, lực lượng chủ công đánh mìn, phá đá, phá bom nổ chậm vừa tận tình hướng dẫn dân công lao động, bảo đảm đúng yêu cầu kỹ thuật, bảo đảm an toàn cho người và xe vận chuyển trên đường. Trong mọi tình huống bộ đội và dân công đều mưu trí, sáng tạo và dũng cảm, chiến thắng mọi thử thách, mở đường thắng lợi, trong đó Ngã ba Cò Nòi, đèo Lũng Lô, đèo Chẹn, đèo Pha Đin được coi là “tọa độ lửa”, “cối xay thịt” vì Pháp tập trung ném bom nhằm ngăn chặn chi viện cho chiến trường Điện Biên Phủ.

Lực lượng vũ trang tỉnh Sơn La vừa tham gia chiến đấu bảo vệ vùng giải phóng, hậu phương của chiến dịch, vừa đảm nhiệm trọng trách bảo vệ an toàn các tuyến đường vận chuyển, các kho, trạm và tham gia vận chuyển lương thực, thực phẩm, vũ khí khí tài chi viện cho mặt trận Điện Biên Phủ. Cùng thời gian này, nhiều thanh niên đã xung phong lên đường tòng quân, chỉ tính trong 6 tháng đầu năm 1954, toàn tỉnh đã tuyển được 1.043 tân binh, kịp thời bổ sung cho các đơn vị bộ đội chủ lực và bộ đội địa phương. Đồng thời xây dựng được 2 tiểu đoàn bộ đội địa phương để làm nhiệm vụ cơ động chiến đấu bảo vệ hậu phương phối hợp với chiến trường chính, đặc biệt Tiểu đoàn 91 của tỉnh Sơn La đã trực tiếp tham gia chiến đấu và lập công xuất sắc.

Trong chiến dịch Điện Biên Phủ, quân và dân Sơn La đã huy động 21.687 dân công và 2.434.759 ngày công đóng góp cho chiến dịch, 83 thuyền và ca nô, 872 ngựa thồ, lực lượng dân quân du kích có 1.151 người vừa chiến đấu, bảo vệ và phục vụ chiến đấu. Quân dân các dân tộc tỉnh Sơn La đã cùng quân dân các tỉnh bạn vận chuyển 4.450.000 tấn hàng hóa, vũ khí ra mặt trận, phục vụ bộ đội chiến đấu với khẩu hiệu: “Tất cả vì tiền tuyến, tất cả vì chiến thắng”. Sau chiến thắng Điện Biên Phủ, Đảng, Nhà nước đã tặng thưởng danh hiệu cao quý cho nhiều tập thể, cá nhân lập công xuất sắc.

Tinh thần, khí khách Điện Biên Phủ, hôm nay và mai sau luôn là niềm tự hào, điểm tựa tinh thần, nền tảng vững chắc tạo nên sức mạnh để LLVT tỉnh thực hiện thắng lợi mọi nhiệm vụ Đảng, Nhà nước và nhân dân giao cho. Đúng như Đại tướng Võ Nguyên Giáp đã từng nói: “Dân tộc ta mãi mãi tự hào về miền Tây Bắc anh hùng, về chiến thắng Điện Biên Phủ vĩ đại”.