Quyết tâm tiêu diệt Tập đoàn cứ điểm Điện Biên Phủ của Thực dân Pháp, ta đã huy động toàn lực cho chiến dịch, trong đó lần đầu tiên ta tổng động viên được tất cả các tầng lớp tham gia vận chuyển hậu cần và phục vụ hậu cần và mở đường lên Điện Biên Phủ. Nếu như đội ngũ dân công hỏa tuyến tại các vùng tự do đảm nhiệm công tác hậu cần thì thanh niên xung phong lại đi đầu trong công tác mở đường và sửa đưởng gian khổ và ác liệt.

Đầu năm 1953, Chủ tịch Hồ Chí Minh chỉ thị thành lập Đoàn TNXP mang mật danh Đoàn “XP” do đồng chí Vũ Kỳ (thư ký của Bác) làm Đoàn trưởng được tổ chức cao hơn, chặt chẽ hơn cả về số lượng và chất lượng, sẵn sàng xung phong trong mọi nhiệm vụ, sẵn sàng hi sinh phục vụ kháng chiến đi đến thắng lợi cuối cùng.

Sau khi Pháp nhảy dù xuống Điện Biên Phủ và xây dựng Tập đoàn quân sự khổng lồ tại đây nhằm thu hút sự chú ý của quân Việt Minh đến giao chiến và sẽ họ gục họ, Bộ chính trị ta đã cân nhắc và quyết định chấp nhận chiến đấu với Pháp trong thế bất lợi khi Điện Biên Phủ là một địa bàn xa trung tâm, con đường di chuyển vô cùng khó khăn. Dốc toàn lực cho chiến dịch Điện Biên Phủ, ta huy động những đơn vị chiến đấu mạnh nhất tham gia chiến dịch và một lực lượng lớn gấp nhiều lần quân đội tham gia phục vụ với nhiệm vụ chủ yếu là vận chuyển hậu cần và thông tuyến từ hậu phương lên Điện Biên Phủ. Lúc này lực lượng thanh niên xung phong đã có trên 15.000 cán bộ, đội viên được biên chế thành nhiều đội phục vụ cách mạng với nhiều nhiệm vụ khác nhau, trong đó có những đội phục vụ tại nước bạn Lào.

Ngay từ đầu năm 1954, thanh niên xung phong phối hợp với bộ đội và công binh đã sửa và mở mới hàng trăm ngả đường lên Điện Biên Phủ. Đó là con đường số 41 từ Lạng Sơn qua Cao Bằng; là con đường số 3 qua Bắc Cạn về Thái Nguyên; là con đường 13 từ Yên Bái ra đường 41 đi Hòa Bình, Lai Châu; là con đường sông Hồng, sông Mã từ Thanh Hóa, đồng bằng Liên khu III ngược lên Tây Bắc; đường Tạ Khoa, Cò Nòi; đường Pa Nậm Cúm về Lai Châu trên sông Nậm Na với hàng trăm thác ghềnh; trực tiếp là con đường Tuần Giáo - Điện Biên Phủ. Đấy là chưa kể đến những con đường trên triền núi, đường kéo pháo bằng tay và sau này là những con đường cơ động cho pháo.  Những con đường ấy, từ không có đến có, từ đường bụi cây giăng kín lối từ lâu đã không có dấu chân người được phát quang, sửa sang đảm bảo lưu thông thuận lợi; từ đường mòn chỉ dành cho người và ngựa đi bộ đã có thể cho xe vận tải đi qua; từ những thác ghềnh hung dữ đến những đường sông thuyền, bè tấp nập đua nhau vượt sóng. Màu đất mới, mùi thuốc nổ trên những con đường mới mở đến đâu, niềm vui lại nhân lên đến đấy.

Để ngăn chặn bước tiến của Việt minh, Pháp cho máy bay trinh sát và máy bay chiến đấu thả bom bươm bướm, bom phá, bom napan nhằm phá hoại các con đường, khiến ta gặp nhiều khó khăn. Chúng còn làm mưa nhân tạo làm sụt lở các tuyến đường hòng ngăn chặn tiếp tế cho Điện Biên Phủ. Theo số liệu thống kê sau này, trên đoạn đường Tuần Giáo đến Điện Biên Phủ, địch ném mỗi ngày đêm bình quân 13 tấn bom; số lượng này trên đèo Pha Đin, giữa đoạn đường Sơn La - Lai Châu là 17 tấn. Đoạn giữa Cò Nòi và yên Bái là 14 tấn, ngã ba Cò Nòi 69 tấn; riêng đèo Lũng Lô mỗi ngày 31 tấn bom. Tuy nhiên các Đội Thanh niên xung phong cùng bộ đội, dân công nhận trọng trách giữ vững mạch máu giao thông trên các tuyến đường dẫn đến mặt trận. Các đội Thanh niên xung phong được bổ sung quân số liên tục, có lúc lên tới 3.000 người đảm nhiệm thông tuyến liên tục trên tuyến đường dài 200km từ Suối Rút - Hoà Bình đến km 31 Tuần Giáo đi Điện Biên Phủ và bốc vác, vận chuyển hàng phục vụ các trạm giao thông từ Suối Rút đến km 80 Điện Biên Phủ. Có những thời điểm bom đạn địch như "trút nước" trên các tuyến đường nhưng không thắng nổi ý chí và lòng dũng cảm của Thanh niên xung phong. Các đại đội đã hạ quyết tâm: “Thanh niên xung phong còn thì mạch máu giao thông được giữ vững”. Và Ngã ba Cò Nòi, trọng điểm về giao thông, nơi tiếp giáp của nhiều cửa ngõ, cũng là nơi Thực dân Pháp bắn phá ác liệt nhất, chính là tiêu biểu cho ý chí, tinh thần đó của Thanh niên xung phong. (Hiện nay để ghi nhớ công ơn các liệt sĩ Thanh niên xung phong  tại ngã ba Cò Nòi lịch sử; được sự quan tâm của Đảng, Nhà nước, UBND tỉnh Sơn La, T.Ư Đoàn TNCS Hồ Chí Minh, ngã ba Cò Nòi được chọn quy hoạch trở thành một địa danh lịch sử trong chiến dịch Điện Biên Phủ. Ngày 21/4/2000, UBND tỉnh Sơn La khởi công xây dựng Đài tưởng niệm TNXP và ngày 07/5/2002, Đài tưởng niệm đã được khánh thành).

Trong chiến dịch Điện Biên Phủ, Thanh niên xung phong  cùng bộ đội, dân công đã sửa chữa và mở rộng 3.300km đường, phá hàng nghìn quả bom nổ chậm, đảm bảo giao thông tại 60 bến phà. Hơn 300 Thanh niên xung phong hy sinh trong khi làm nhiệm vụ cũng chủ yếu là trên mặt trận giao thông. Không chỉ giữ vững những tuyến đường huyết mạch, các đội Thanh niên xung phong còn được bổ xung lực lượng chiến đấu cho bộ đội chính quy. Trong cả chiến dịch Điện Biên Phủ, có khoảng gần 8000 Thanh niên xung phong đã chuyển sang bộ đội chủ lực, đáp ứng nhu cầu chiến đấu ngày càng cấp bách ngay tại mặt trận.

Thành tích của Thanh niên xung phong  được Bác Hồ đánh giá cao, gửi thư khen ngợi và tặng cờ thi đua; được Nhà nước tặng thưởng nhiều huân, huy chương. Năm 2011, nhiều cựu Thanh niên xung phong  đã được tặng và truy tặng danh hiệu Anh hùng lực lượng vũ trang nhân dân.