Chiều tối 27/4, Trung đoàn 2 bám sát đội hình tiến công của Trung đoàn 141. Sở chỉ huy Trung đoàn 2 họp triển khai kế hoạch trận đánh ở cầu Cỏ May. Cầu Cỏ May ngày ấy là một mục tiêu hiểm yếu, bởi địa hình rất phức tạp. Cầu dài chưa đến 100m, nhưng sông sâu, nước chảy xiết. Điều bất lợi với quân ta là toàn bộ địa hình xung quanh đầu cầu bờ Bắc bằng phẳng, sình lầy, không triển khai được nhiều lực lượng. Ngược lại, bên kia cầu, đối phương ở địa hình cao, có làng mạc nhô ra gần sát bờ sông, tạo địa thế lý tưởng trong phòng ngự. Trước khi tháo chạy khỏi Bà Rịa xuống Vũng Tàu, địch phá sập cầu Cỏ May vào chiều 27/4, đồng thời đuổi hết ngư dân lên thượng nguồn sông Cỏ May, đề phòng ta sử dụng tàu thuyền của dân để vượt sông.
Suốt ngày 28/4, Tiểu đoàn 3 tổ chức nhiều cuộc vượt sông nhưng đều bị hỏa lực địch phía bên kia chặn lại và nhiều người bị thương vong. Trước tình hình này, Bộ Tư lệnh Sư đoàn 3 quyết định chuyển hướng tiến công chủ yếu sang phía Đông. Trung đoàn bộ binh 12 tiến ra hướng Long Hải, huy động tàu thuyền của ngư dân vượt eo biển Cửa Lấp tiến vào Vũng Tàu. Hướng tiến công của Trung đoàn 2 trở thành hướng thứ yếu, tiếp tục khắc phục khó khăn, tổ chức vượt sông, tiến công theo trục đường 15 (nay là QL51) vào Vũng Tàu.
Khoảng 3 giờ sáng 29/4, dưới sự chỉ huy của Tiểu đoàn trưởng Lê Đình Như, Tiểu đoàn 3 tiếp tục vượt sông nhưng bị địch nã pháo, đạn xối xả khiến nhiều chiến sĩ ta hy sinh và bị thương. Đến 9 giờ sáng, khi Trung đoàn 12 vượt qua được sông Cửa Lấp, trên đường tiến xuống Vũng Tàu, một đại đội của Tiểu đoàn 6 tách khỏi đội hình Trung đoàn 12, từ phía Đông tiến sang lộ 15, như một mũi dao xuyên thẳng vào mạn sườn và sau lưng tiểu đoàn thủy quân lục chiến địch đang cố thủ tại đầu cầu phía Nam, bắn cháy 2 xe thiết giáp M113 tại ấp Phước Thành (nay thuộc Phường 11, TP. Vũng Tàu). Bị tấn công bất ngờ, toàn bộ quân địch cố thủ đầu cầu tháo chạy xuống Vũng Tàu. Chớp thời cơ, Tiểu đoàn 3 và các lực lượng trên hướng từ lộ 15 ào ạt vượt sông Cỏ May, mở đường giải phóng TP.Vũng Tàu. “Khi đó, chúng tôi ngầm biết rằng, số phận của binh lính và chính quyền của chế độ cũ tại Vũng Tàu đang được quyết định từng giờ”, Đại tá Nguyễn Văn Hồng nhớ lại.
Ngày nay, cầu Cỏ May (đường Võ Nguyên Giáp, Phường 12) được xây dựng khang trang, là huyết mạch giao thương nối liền TP.Bà Rịa và TP.Vũng Tàu. Nơi đây cũng trở thành địa chỉ đỏ về nguồn. Để ghi nhớ công ơn của các chiến sĩ đã ngã xuống trong trận đánh cầu Cỏ May, năm 2007, Tượng đài liệt sĩ cầu Cỏ May được khánh thành. Công trình xây dựng tại khu đất rộng 1.500m2, có tượng đài cao hơn 11m, bia tưởng niệm, phòng truyền thống kết hợp phòng đón khách, có khuôn viên ghế đá cho khách ngồi nghỉ chân.
Nhiều đoàn khách thập phương, các cựu chiến binh Sư đoàn Sao Vàng, chính quyền địa phương, thanh niên, HS thường đến Tượng đài thắp nhang, kính cẩn nghiêng mình trước vong linh những chiến sĩ đã hy sinh trong trận chiến khốc liệt này như một cách để ôn lại trang sử vẻ vang của dân tộc.