Sư đoàn 9 làm lễ tuyên thệ diệt Mỹ trong Chiến dịch Bàu Bàng - Dầu Tiếng tháng 11/1965.
Tháng 10/1965, Bộ Tư lệnh chiến dịch triển khai phương án tiến công khu Dầu Tiếng để kéo viện ra diệt; chuẩn bị chiến trường ở cả hai khu vực dự kiến đánh địch. Vũ khí trang bị đã được bổ sung đầy đủ. Công tác giáo dục chính trị được tiến hành chu đáo, chuẩn bị tốt tư tưởng quyết tâm đánh với quân Mỹ.
Trong khi ta đang gấp rút chuẩn bị chiến trường, đêm 11/11, địch đưa 2 tiểu đoàn thuộc Lữ đoàn 3, Sư đoàn 1 bộ binh Mỹ xuống Nam ấp Bàu Bàng chuẩn bị mở cuộc hành quân càn quét vùng giải phóng và hỗ trợ cho quân đội Sài Gòn ở Dầu Tiếng. Trước tình hình đó, Bộ Tư lệnh chiến dịch quyết định nổ súng tiến công tiêu diệt 2 tiểu đoàn quân Mỹ có pháo binh và cơ giới đi cùng ở khu vực Bàu Bàng và Đồng Sổ. Sư đoàn 9 nhanh chóng hình thành các hướng nắm địch, đưa bộ đội vào chiếm lĩnh trận địa, hình thành thế bao vây khu vực địch trú quân.
5 giờ 3 phút ngày 12/11, Tiểu đoàn 1 nổ súng, nhanh chóng chọc thủng tuyến phòng ngự vòng ngoài của địch. Khoảng 5 giờ 10 phút, khi nghe tiếng súng trên hướng Tiểu đoàn 1, Tiểu đoàn 5 nhanh chóng đánh thẳng vào khu vực mục tiêu do tiểu đoàn đảm nhiệm. Sau 45 phút, Tiểu đoàn 5 làm chủ mục tiêu, chia cắt 2 cụm quân địch, không cho chúng chi viện lẫn nhau. Tiểu đoàn 9 cũng nhanh chóng chia cắt cụm quân thứ hai của địch. Tiểu đoàn 6 cắt cụm quân thứ nhất. Các tiểu đoàn đã hiệp đồng chặt chẽ, thực hiện chia cắt, bao vây, tiêu diệt từng bộ phận quân địch. Sau hơn 3 giờ chiến đấu, quân ta đã làm chủ trận đánh, tiêu diệt 2 tiểu đoàn bộ binh, 2 chi đoàn thiết giáp, 1 đại đội pháo cối, loại khỏi vòng chiến đấu hơn 1.000 tên địch, phá hủy 39 xe tăng, xe thiết giáp, thu nhiều vũ khí trang bị. Đây là trận đầu tiên ta tập kích vào quân Mỹ giữa ban ngày và cũng là trận then chốt mở màn chiến dịch đạt hiệu suất cao.
Sau trận Bàu Bàng, Sư đoàn 9 cơ động lực lượng về khu vực Dầu Tiếng, sẵn sàng đánh địch càn quét. Ngày 21/11, Tiểu đoàn 4 vận động phục kích địch trên đường Căm Xe - Dầu Tiếng, phá 20 xe và diệt gần 100 tên Mỹ. Cùng ngày Trung đoàn 3 tập kích địch ở làng 10 đánh thiệt hại 1 tiểu đoàn, phá 26 xe.
Ngày 26/11, trên khu vực phía Bắc Dầu Tiếng, Chiến đoàn 7 quân đội Sài Gòn dừng trú quân dã ngoại ở khu vực Làng Tám. Trung đoàn 1, Sư đoàn 9 nhận lệnh tập kích. Sáng ngày 27/11, Trung đoàn sử dụng cả 3 tiểu đoàn và lực lượng tăng cường hình thành 3 hướng tiến công Chiến đoàn 7 trong rừng cao su của đồn điền Mít-sơ-lanh. Trận đánh diễn ra quyết liệt và kéo dài tới quá trưa. Ta tiêu diệt gần hết Chiến đoàn 7, bắt 700 tù binh, bắn cháy 2 máy bay, thu 220 vũ khí các loại, 22 máy thông tin. Đây là trận then chốt thứ hai thắng lợi, kết thúc chiến dịch.
Kết quả chiến dịch làm thiệt hại nặng Lữ đoàn 3, Sư đoàn 1 Mỹ và Chiến đoàn 7 quân đội Sài Gòn, loại khỏi chiến đấu hơn 4.000 địch, phá hủy 10 khẩu pháo và cối, hơn 100 xe quân sự, bắn rơi 2 máy bay. Đây là chiến dịch tiến công đầu tiên của LLVT miền Đông Nam Bộ vào đối tượng quân Mỹ.
Thắng lợi của chiến dịch Bàu Bàng - Dầu Tiếng có ý nghĩa rất quan trọng. Ta đã bẻ gãy một cánh quân địch càn vào vùng căn cứ của ta, đánh một đòn đau vào Sư đoàn 1 thiện chiến của Mỹ; ý chí, tinh thần chiến đấu của lính Mỹ bắt đầu giảm sút nghiêm trọng.
Trong Chiến dịch Bàu Bàng - Dầu Tiếng, ta đã phát huy quyền chủ động tiến công suốt từ đầu đến cuối. Đây là thành công nổi bật của nghệ thuật chỉ đạo vận dụng chiến thuật trong chiến dịch tiến công. Lần đầu tiên ta sử dụng lực lượng tập trung (sư đoàn thiếu) vào một trận tập kích với điều kiện thời gian chuẩn bị chiến đấu gấp, đánh ban ngày với đối tượng mới là quân Mỹ. Chiến dịch giành thắng lợi là nguồn cổ vũ cho quyết tâm đánh Mỹ và thắng Mỹ của quân và dân ta.