Trong giai đoạn tổ chức cuộc chiến tranh xâm lược nước ta, nhận thấy Phú Thọ là địa bàn chiến lược quan trọng, là nơi cung cấp nhân lực, vật lực rất lớn cho các chiến dịch. Vì vậy, thực dân Pháp đã nhiều lần tấn công ra các vùng tự do của Phú Thọ nhằm phá hoại hậu phương kháng chiến. Sau thất bại nặng nề ở chiến dịch Hòa Bình năm 1951, được đế quốc Mỹ tài trợ trên 100 tỷ Franc cùng nhiều phương tiện chiến tranh hiện đại, thực dân Pháp tăng cường ngụy quân để càn quét ở khu vực đồng bằng trung du, gây cho ta nhiều khó khăn. Trong lúc quân ta đang tích cực chuẩn bị cho chiến dịch Tây Bắc, quân Pháp vội vã tăng cường lực lượng để củng cố phòng thủ khu vực Sơn La, Lai Châu, đồng thời mở cuộc hành quân Lo-ren với một binh lực lớn đánh lên Phú Thọ, nhằm phân tán chủ lực ta, quấy rối và phá hoại hậu phương trực tiếp của chiến dịch, hy vọng cứu vãn tình thế hết sức nguy kịch của chúng ở Tây Bắc.
Phán đoán được âm mưu của thực dân Pháp, tháng 9/1952, Tổng quân ủy đã ra Chỉ thị cho Tỉnh ủy Phú Thọ, trong đó nêu rõ: “Trong khi chủ lực ta đánh mạnh trên các chiến trường chính thì địch sẽ đối phó bằng cách tấn công ra Phú Thọ để kiềm chế, chia rẽ lực lượng ta, đồng thời phá hoại kinh tế, kho tàng, mùa màng của ta, khủng bố nhân dân, bắt thanh niên đi lính. Tóm lại chúng nhằm phá hoại nguồn cung cấp nhân, vật lực của ta, gây khó khăn cho tiền tuyến. Vì vậy nhiệm vụ của Đảng bộ tỉnh Phú Thọ và các lực lượng vũ trang là phải tích cực đánh địch bằng mọi cách để bảo vệ kho tàng, mùa màng, bảo vệ nhận dân”.
Đúng như phán đoán của ta, ngày 28/10/1952, Bộ chỉ huy Pháp bắt đầu mở cuộc hành quân Lo-ren do tướng De Linares, Tư lệnh quân Pháp ở Bắc Bộ trực tiếp chỉ huy. Chúng huy động một lực lượng lớn gồm: 13 tiểu đoàn bộ binh, 3 tiểu đoàn dù, 2 tiểu đoàn xung kích, 4 tiểu đoàn pháo binh, 2 tiểu đoàn cơ giới, 7 đại đội công binh, chia thành hai mũi, một mũi tiến sâu lên Đoan Hùng, một mũi ồ ạt đánh vào khu vực hữu ngạn sông Thao, càn quét các huyện Tam Nông, Thanh Thủy, Thanh Sơn, chiếm đường 11. Được sự chỉ đạo sát sao của cấp trên, mặc dù địch có lực lượng lớn, thủ đoạn thâm độc nhưng các lực lượng vũ trang và nhân dân Phú Thọ đã chiến đấu ngoan cường, bẻ gãy nhiều mũi tiến công của địch.
Dự đoán trước việc rút quân của chúng, ngày 9/11/1952, Bộ Tổng tư lệnh điều Trung đoàn 36 thuộc Đại đoàn Quân tiên phong 308 từ chiến trường Tây Bắc về Phú Thọ, cùng quân và dân địa phương chặn đánh địch. Trên cơ sở phân tích tình hình, Ban Chỉ huy mặt trận Phú Thọ cùng Ban Chỉ huy Trung đoàn Bắc - Bắc quyết định tổ chức trận phục kích táo bạo trên đường quốc lộ 2, đoạn Chân Mộng - Trạm Thản, thuộc địa phận giáp ranh giữa 3 huyện Đoan Hùng, Phù Ninh và Thanh Ba. Được sự phối hợp của nhân dân địa phương, các đơn vị bộ đội chủ lực đã lần lượt chiếm lĩnh trận địa mai phục hai bên sườn đồi theo đúng kế hoạch đã định.
Sáng ngày 17/11/1952 đội hình hành quân của địch đã lọt vào trận phục kích của ta. Các chiến sỹ Trung đoàn 36 và lực lượng vũ trang địa phương anh dũng xông lên, chụp lửa xuống đoàn xe địch, làm cho quân địch bị cắt làm đôi, số đi đầu thoát chết chạy thẳng về Phú Hộ, số còn lại nằm gọn trong tầm bắn của ta. Với phương châm đánh nhanh, diệt gọn, chỉ trong một ngày chiến đấu, quân ta đã tiêu diệt hơn 400 tên địch, phá huy 44 xe cơ giới, trong đó có 17 xe tăng, xe bọc thép, thu nhiều quân trang, quân dụng của địch. Đây là trận đánh phá hủy được nhiều xe cơ giới nhất ở Đông Dương kể từ ngày đầu cuộc kháng chiến. Sau chiến thắng Chân Mộng - Trạm Thản, lực lượng của ta được củng cố, tiếp tục tiến theo Quốc lộ 2 truy đuổi địch ở vùng Phú Hộ, núi Voi, núi Chò, núi Quyết,… tiêu diệt 108 tên địch, bắt sống 7 tên, đưa tổng số quân địch bị tiêu diệt và vị bắt lên đến hơn 600 tên. Bị thiệt hại nặng nề, Bộ chỉ huy Pháp ra lệnh cho tướng De Linares kết thúc cuộc hành quân Lo-ren, rút lực lượng về đối phó với mặt trận đồng bằng và Tây Bắc.
Chiếc xe tăng của thực dân Pháp bị bắn hạ tại Chân Mộng - Trạm Thản
Chiến thắng Chân Mộng - Trạm Thản đã đập tan âm mưu của thực dân Pháp nhằm phân tán chủ lực ta, quấy rối và phá hoại hậu phương trực tiếp của chiến dịch và đi vào lịch sử anh hùng của Quân đội nhân dân Việt Nam nói chung và lịch sử Đại đoàn Quân tiên phong nói riêng, trong đó có sự đóng góp tích cực của quân và dân Phú Thọ, đập tan âm mưu diệt chủ lực và phá hoại hậu phương kháng chiến của thực dân Pháp, góp phần quan trọng vào thắng lợi của quân và dân ta trong chiến dịch Tây Bắc, đánh dấu sự phát triển, thế chủ động chiến lược, tiến tới giành toàn thắng trong cuộc kháng chiến chống thực dân Pháp xâm lược.