Năm 1965, giặc Mỹ đã dùng không quân, biệt kích điên cuồng phá hoại miền Bắc nhằm ngăn chặn sự chi viện của miền Bắc đối với đồng bào miền Nam. Cây cầu Tà Vài ngày đó là trọng điểm bắn phá với 46 trận đánh ác liệt và phải hứng chịu 1.272 quả bom của máy bay Mỹ nhằm cắt đứt giao thông huyết mạch quốc lộ 6.

Ngày 20/6/1965, máy bay Mỹ đã ném 6 quả bom xuống bản Khâu Đay và 20 quả rốc két xuống cầu Tà Vài, xã Chiềng Hặc. Bắt đầu từ đây, các loại máy bay Mỹ liên tục bắn phá Yên Châu, nhưng do có sự chuẩn bị tốt các phương án đối phó với chiến tranh phá hoại của Mỹ nên Yên Châu bước vào cuộc chiến mà không bị bất ngờ. Lúc này, cây cầu Tà Vài trở thành nơi giao tranh quyết liệt giữa ta và địch.

Với quyết tâm bảo đảm mạch máu giao thông thông suốt trong mọi tình huống, quyết bám trụ tại trọng điểm giao thông cầu Tà Vài, lực lượng dân quân tự vệ cùng các đơn vị vũ trang đã luôn bám mặt đường và cầu để đảm bảo cho xe thông tuyến. Tại đây, từ tháng 3 đến 12/1966, ta đã bố trí Tiểu đoàn 14 pháo cao xạ để bảo vệ cầu Tà Vài, trong đó Đại đội 3 gồm 2 khẩu đội pháo 37 ly được bố trí trận địa khu vực đồi bản Tát, giáp cầu Tài Vài và Đại đội 2 gồm 4 khẩu 37 ly được bố trí liên hoàn ở phía Tây cầu Tà Vài.

Ngoài hai trận địa chính với phản lực là pháo 37 ly, còn một trận địa phụ gồm 1 Đại đội 12,7 ly được bố trí ở địa hình thấp hơn cũng ở gần cầu Tà Vài. Để bố trí được trận địa như vậy, nhân dân bản Tà Vài đã cùng bộ đội đào công sự làm đường vòng quanh sườn đồi để kéo pháo lên.

Ngày 8/12/1966, địch tổ chức 3 tốp máy bay thả bom trên đồi nơi có trận địa pháo phòng không và bắn phá cầu Tà Vài, lúc này 2 nhịp cầu đã bị trúng bom và rơi xuống suối, giao thông đường 6 bị cắt đứt. Do cầu ở vị trí hiểm trở, suối rộng, nước sâu, hơn nữa giặc lại đánh cả ngày lẫn đêm nên rất khó làm lại cầu. Trước tình hình đó, đơn vị bảo vệ cầu quyết định làm đường tránh và đường ngầm để đảm bảo giao thông bằng mọi giá. Đường ngầm cầu Tà Vài được quân và dân làm cách chân cầu khoảng 1 km về phía hạ lưu, nhưng giặc vẫn phát hiện và tiếp tục bắn phá.

Thực hiện khẩu hiệu “Xe chưa đi qua thì cột nhà không tiếc”, nhiều lần phải di chuyển trận địa, nhân dân bản Tà Vài đã cùng bộ đội lấy dây rừng bện lại để kéo pháo; lấy tre, nứa, cột nhà làm lán cho bộ đội và giúp bộ đội đào trên 3.000 mét hầm trú ẩn trên trận địa với quyết tâm bảo vệ huyết mạch giao thông cho chiến trường. Địch phá hỏng cầu, đường, nhưng tinh thần của quân và dân ở đây không hề nao núng, mặc cho bom đạn càn quét vẫn hăng hái sửa đường, lấp hố bom cho xe qua, quyết tâm bảo vệ huyết mạch giao thông. Cùng với đó, thành lập các đội dân quân chiến đấu, trong đó có Tiểu đội nữ dân quân Châu Yên.

Tiểu đội gồm 10 cô gái dân tộc Thái ở độ tuổi 18, đôi mươi, ban ngày luyện tập, học cách sử dụng súng, lên vị trí trực theo nhiệm vụ phân công, cùng giúp các đơn vị bộ đội kéo pháo lên trận địa; buổi tối lại tranh thủ tăng gia sản xuất. Chỉ với khẩu súng trường trên tay, Tiểu đội nữ dân quân Châu Yên đã can trường lập chiến công cùng các đơn vị bộ đội bắn rơi 2 máy bay mệnh danh "thần sấm" của Mỹ, đảm bảo huyết mạch chi viện cho miền Nam luôn thông suốt, góp phần vào thắng lợi cuối cùng của cuộc kháng chiến chống Mỹ, cứu nước.

Những năm qua, Di tích lịch sử cầu Tà Vài đã được quan tâm tu sửa, tôn tạo và xây dựng các hạng mục, gồm: Khu tưởng niệm, bia ghi danh các liệt sĩ, chứng tích hố bom, cây xanh cảnh quan...

Ngày 13/12/2004, Di tích lịch sử cầu Tà Vài được UBND tỉnh công nhận xếp hạng di tích lịch sử cấp tỉnh và trở thành “địa chỉ đỏ” giáo dục truyền thống lòng yêu nước cho cán bộ, học sinh và nhân dân huyện Yên Châu.