1978年12月21日，廣州軍區第55軍部隊從駐地出發，經過廣州和欽州，向廣西邊境的寧明和憑祥地區進發，執行對越自衛還擊作戰任務。該軍部隊用7天夜裏的時間，行駛了1540公裏，於12月31日抵達預定地點，立即開始了戰前的緊急準備工作。
1969年12月成立的165師，是廣州軍區55軍的一部份。該師由55軍的部份部隊和人員，以及從海南軍區、41軍、42軍調來的幹部和士兵，在廣東龍川組成。1970年1月，該師被授予「陸軍第165師」的番號，擁有步兵第493、494、495團和炮兵團。
該師到達集結地後，從12月28日到次年1月5日，完成了從乙種師到甲種師的擴編工作，新建了1個營部、37個連隊、132個排、4個所、2個股，新增兵員4680名，經驗豐富的老兵890名。提升了320名幹部和660名正、副班長，師內調動了1200多名骨幹。增添了140輛車和184匹馬匹，新配發輕型武器3081支(挺)、火炮27門，以及各類裝備和物資285314件。參戰總人數達到13065人，師長王自信、政委李子榮領導下的部隊做好了戰鬥準備。
從1979年1月5日至2月5日，師部進行了約30天的戰前培訓。步兵隊伍完成了實彈射擊、投彈、排雷破障、自救互救、三防等技能訓練，並且進行了連級以上單位的合練；部隊幹部除了學習戰術和地圖辨識外，還專門研究了越軍的編制和作戰特點，特別是在山地和叢林環境中的作戰指揮和協同問題。同時，師和團級指揮所也專門研究了越軍的編制、裝備和作戰特點，以及其陣地和邊防的情況。
根據55軍的作戰計劃，165師作為右翼師參與攻擊同登和諒山地區的敵人，是支援主攻部隊的重要力量。戰役第一階段的任務是利用軍級炮兵和坦克部隊，在14號界碑至渠歷西側無名高地間突破敵防，實施穿插戰術，切斷敵人的退路，並與163師協同作戰，確保殲滅同登地區的敵軍。
經過師黨委的多次討論，師長王自信決定將全師分為三個梯隊，主力沿會梅、波寮、那炸向303高地方向進攻，與488團完成合圍，切斷敵人退路，阻止敵人援軍，並決定殲滅438高地、棍拳、那敏、339高地的敵軍，同時與友鄰部隊協同作戰，圍殲同登地區的敵軍。
2月17日至26日的戰役第一階段中，495團先後攻占了549高地和438高地；493團的一個營攻占了那炸和棍拳，控制了通往太原的公路，但主力在巴寨遇到敵方火力，前進受阻；494團的一個營因指揮失誤，未能奪取班莊，轉而防守。18日至23日，部隊堅守陣地，攻擊339高地和班莊的敵人。22日晚上，494團的兩個連消滅了班莊的敵人；23日早上，493團的一個營占領了339高地。
2月27日至3月5日的戰役第二階段中，該師受命加強軍級炮兵和坦克部隊，並在2月27日攻占了555高地、520高地和559高地。隨後，部隊繼續推進，並在3月1日和4日攻占了坤來西南側長形高地及其他重要高地，確保了戰區的防禦，並成功消滅了敵軍。戰至3月5日，攻克了413高地，與163師協同成功攻占了越北重鎮諒山市，完成了戰鬥任務。
3月11日，根據上級命令，165師開始撤回國內，部隊依序撤退，於12日中午前全部返回國境內。
在此次對越作戰中，165師自2月17日戰鬥開始至3月12日結束，歷時24天，在6公裏寬的戰線上深入敵後24公裏，連續攻占了多個戰略要地，殲敵3410名，顯示了出色的戰鬥力。
盡管只是協助主攻的編制，165師在戰鬥中表現出色，由於敵軍的堅強抵抗，師部也遭受了較大損失，殲敵數和傷亡均居參戰師之首。
戰後，中央軍委對該師表現的卓越表彰，授予494團1連「阻擊英雄連」、495團7連「攻堅英雄連」的榮譽稱號，以及493團的幾名士兵榮獲「戰鬥英雄」稱號。
