Tháng 12/1952, Trung ương Đảng và Chủ tịch Hồ Chí Minh quyết định mở Chiến dịch Điện Biên Phủ mở rộng, củng cố vùng giải phóng. Chuẩn bị cho Chiến dịch, chủ trương của Đảng quyết tâm bảo vệ con đường huyết mạch độc đạo này. Hàng vạn bộ đội, dân công, thanh niên xung ở khắp các địa phương huy động lên chiến trường Tây Bắc, kết hợp với bộ đội chủ lực canh giữ, đảm bảo lưu thông, thông suốt con đường.

Trong suốt quá trình chuẩn bị cho đến khi chiến dịch kết thúc thắng lợi, không ngày nào Ngã ba Cò Nòi không có tiếng bom rơi, đạn nổ. Cao điểm, có ngày địch ném xuống hơn 300 quả bom phá, bom nổ chậm, bom na pan. Ngã ba Cò Nòi trở thành “tọa độ lửa”, nơi được mệnh danh là “chảo lửa”, “túi bom”, “cửa tử” đánh phá của thực dân Pháp.

Phục vụ Chiến dịch Điện Biên Phủ, qua 5 đợt huy động, Sơn La đóng góp 3.607 tấn gạo, 144 tấn thịt và gần 140 tấn rau quả các loại. Đồng thời, để bổ sung lực lượng chiến đấu, hàng nghìn thanh niên trong tỉnh xung phong nhập ngũ, bổ sung cho bộ đội chủ lực và các đơn vị bộ đội địa phương.

Quá trình tham gia phục vụ chiến dịch đã có hơn 100 thanh niên xung phong và nhiều người dân địa phương hy sinh anh dũng tại ngã ba chiến lược này. Chiến công thầm lặng của lực lượng thanh niên xung phong tại Ngã ba Cò Nòi đã góp phần quan trọng vào thắng lợi chung của chiến dịch lịch sử Điện Biên Phủ, góp phần tô thắm thêm trang sử vàng oanh liệt của lực lượng Thanh niên xung phong Việt Nam.

Tôn vinh những giá trị lịch sử, công lao đóng góp của quân và dân ta nói chung, của lực lượng thanh niên xung phong nói riêng trong chiến dịch lịch sử Điện Biên Phủ, năm 1996, Ban liên lạc hai Đội Thanh niên xung phong 34 và 40 đã làm việc với Tỉnh ủy, Ủy ban nhân dân tỉnh Sơn La, Tỉnh đoàn Sơn La thống nhất chủ trương xây dựng Tượng đài, Nhà lưu niệm tại Ngã ba Cò Nòi. Để ghi lại chiến tích anh hùng của TNXP tại Ngã ba Cò Nòi, ngày 21/4/2000, UBND tỉnh Sơn La quyết định xây dựng Khu đài tưởng niệm TNXP tại Ngã ba Cò Nòi. Ngày 7/5/2002, Đài tưởng niệm khánh thành.

Đài tưởng niệm liệt sĩ Thanh niên xung phong xây dựng bên cạnh Ngã ba Cò Nòi lịch sử trên diện tích 20.000 m². Cụm tượng đài với nhóm tượng 3 nam thanh niên xung phong cao 12 mét, đặt trên bệ khối đá nặng 280 tấn. Bên cạnh, có hai bức phù điêu tái hiện hình ảnh quân và dân chi viện cho chiến trường Điện Biên Phủ, sức mạnh của lực lượng thanh niên xung phong trong việc san lấp hố bom, thông đường, kéo pháo.

Nhân dịp kỷ niệm 50 năm chiến thắng lịch sử Điện Biên Phủ (1954-2004), ngày 29/4/2004, di tích được Bộ Văn hóa, Thông tin (nay là Bộ Văn hóa, Thể thao và Du lịch) xếp hạng là di tích lịch sử cấp quốc gia.

Tháng 1/2019, UBND tỉnh phê duyệt quy hoạch chi tiết xây dựng tỷ lệ 1/500 Khu di tích lịch sử Ngã ba Cò Nòi, tổng diện tích 10,51 ha, gồm khu tưởng niệm tâm linh, Quảng trường, sân lễ hội, khu dịch vụ, chứng tích hố bom, cây xanh cảnh quan, bãi đỗ xe và hạ tầng kỹ thuật. Đồng thời, tỉnh thành lập Ban Chỉ đạo tôn tạo và phát huy giá trị Khu di tích lịch sử Ngã ba Cò Nòi, do đồng chí Phó Bí thư Thường trực Tỉnh ủy làm Trưởng ban.

Năm 2020, tỉnh chỉ đạo huyện Mai Sơn và các đơn vị liên quan triển khai thực hiện xây dựng các hạng mục trong giai đoạn I của dự án, gồm nhà tưởng niệm; bia ghi công; sân và một số hạng mục khác, với tổng mức đầu tư gần 15 tỷ đồng; trong đó, ngân sách hơn 3,8 tỷ đồng, còn lại là nguồn xã hội hóa từ các tổ chức, cá nhân. Sau gần 1 năm thi công, ngày 14/7/2021, tỉnh Sơn La tổ chức Lễ khánh thành Khu tâm linh giai đoạn I.

Phát huy hiệu quả giá trị khu di tích, đảm bảo tính khả thi của quy hoạch đã được phê duyệt, tỉnh Sơn La tiếp tục đề xuất với Trung ương Đoàn Thanh niên Cộng sản Hồ Chí Minh, Hội Cựu thanh niên xung phong Việt Nam đầu tư các hạng mục công trình giai đoạn II của Dự án (2021-2025) tổng mức đầu tư khoảng 104 tỷ đồng.

Dự kiến vào năm 2030 sẽ hoàn thành các hạng mục trong quy hoạch. Công trình tu bổ, tôn tạo Khu di tích Ngã ba Cò Nòi là địa chỉ đỏ, điểm du lịch, tri ân các anh hùng liệt sĩ thanh niên xung phong trong thời kỳ kháng chiến chống thực dân Pháp. 

Hiện nay, Khu di tích lịch sử Ngã ba Cò Nòi là một trong 13 di tích được xếp hạng cấp quốc gia của tỉnh Sơn La, là di tích lịch sử duy nhất ghi dấu chiến công của lực lượng thanh niên xung phong Việt Nam ở tỉnh Sơn La.