La guerra entre los dos países comenzó inmediatamente después de que los jemeres rojos capturaron lo último de Camboya. Pol Pot expulsó a todos los militares de Vietnam que habían sido incrustados con el KR, y poco después, el día después de la caída de Saigón, invadió Vietnam. Vietnam los arrojó fácilmente y avanzó hacia Camboya, momento en el cual Pol Pot cambió rápidamente de táctica, enviando abiertamente apoyo vocal al Vietnam comunista, mientras masacraba a los vietnamitas en ambos lados de la frontera. La guerra hirvió durante años, escaramuzas fronterizas que podrían ser tan pocas como un puñado de asaltantes que atacan una aldea desprotegida, a miles de hombres que avanzan a través de la frontera para limpiar las fortalezas. Durante todo este tiempo, ambas partes cortejaron activamente a las potencias mundiales, con Kampuchea Democrática alineándose con China, y Vietnam invitando muchas veces a los periodistas occidentales a presenciar las secuelas de las incursiones de Khmer Rouge contra civiles a lo largo de la frontera. Sin embargo, esto tuvo poco impacto, ya que el sentimiento predominante en los EE. UU. Era contra Vietnam y trabajaba para una alianza con China.
Con el Khmer Rouge protegido de la invasión de China, no fue hasta que Vietnam firmó un tratado con la URSS prometiendo protección contra una invasión china que el país recibió la mano libre para actuar. Ambas partes estaban al tanto de la acumulación de tropas y el hardware que fluyen de sus aliados más grandes, junto con las importantes deserciones del KR a Vietnam: estos desertores todavía conforman la élite política gobernante en Camboya hoy.
Debido a la gran acumulación de la entonces Kampuchea desde la firma del tratado Vietnam-URSS, Vietnam comenzó la guerra aérea a mediados de 1978 y probó Camboya con grandes ataques en diciembre de ese año. Solo cuando se descubrió con qué facilidad se derritieron las fuerzas de KR se ordenó la invasión, el día 25. Los vietnamitas entraron a Phnom Penh el 7 de enero, el KR huyó a Tailandia y las dos potencias regionales comenzaron a enfrentarse al país más pequeño, recordando los días precoloniales.
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Poco después de la guerra, China invadió el norte de Vietnam, pero se contentó con saquear el país y luego retirarse. Vietnam permaneció en Camboya hasta la caída de la URSS, y el Khmer Rouge solo colapsó años después, después de que Pol Pot ordenó el asesinato de la familia de uno de sus aliados más importantes. Hasta este momento, el KR todavía jugó un papel importante en la política camboyana, con todos los partidos políticos cortejando al grupo.