Chiến thắng biên giới và Điện Biên Phủ

Vào mùa thu năm 1950, khi tròn 20 tuổi, Phạm Trí Liên đã xếp bút nghiên lên đường nhập ngũ tham gia chiến dịch tiến công vào phòng tuyến quân Pháp trên chiến tuyến Cao Bằng - Lạng Sơn. Ông là lính trinh sát, đã cùng đồng đội phá hủy 53 xe ô tô, đốt cháy 10 vạn lít xăng, diệt 250 lính Âu-Phi tại đèo Bông Lau - Lũng Phầy. Chiến thắng này đã làm phá sản kế hoạch quân sự của thực dân Pháp, phá thế kìm kẹp đối với căn cứ địa Việt Bắc.

Năm 1954, ông tham gia cuộc chiến tranh Điện Biên Phủ, giữ chức Trung đội phó được giao nhiệm vụ bắn từ xa vào chiến trận của địch. Ông đã tiêu diệt 12 quân Pháp cùng 2 người bị thương nặng trong cuộc tấn công vào căn cứ của địch, cùng đồng đội quả cảm đuổi theo quân Pháp đang tháo chạy, tiêu diệt gần như cả một trung đội địch. Sau khi bị thương nặng trong một trận chiến, ông đã không còn có thể quay lại chỉ huy, nhưng vẫn giúp chữa trị cho các đồng đội và theo dõi quân địch cho đến khi chiến thắng.