Ngày 25/01/1954, sau khi xem xét lại tình hình, Bộ Chỉ huy chiến dịch Điện Biên Phủ quyết định chuyển kế hoạch tác chiến và phương châm từ "đánh nhanh, thắng nhanh" sang "đánh chắc, tiến chắc".
Đại đoàn 308 (Đại đoàn chủ lực đầu tiên của Quân đội nhân dân Việt Nam, thành lập ngày 28/8/1949) được giao nhiệm vụ phối hợp với Quân đội Pa-thét Lào mở cuộc tiến công chiến lược vào phòng tuyến sông Nậm Hu của địch ở Thượng Lào.
Để bảo đảm cho Đại đoàn 308 chiến đấu, hậu cần chiến dịch đã cử đoàn cán bộ hậu cần cùng với lực lượng dân công, vận tải bám sát đơn vị và liên hệ với nước bạn tổ chức thu mua lương thực, thực phẩm ngay trên đất Lào. Tại mặt trận Điện Biên Phủ, thực dân Pháp đã tập trung một phần lớn lực lượng không quân đánh phá các đường giao thông lên Điện Biên Phủ.
Các bến đò, đèo cao hiểm trở đều bị bắn phá dữ dội, chúng còn dùng máy bay rải chông sắt xuống các nẻo đường rừng làm thủng lốp xe và gây thương vong cho lực lượng của ta nên việc vận chuyển từ hậu phương ra tiền tuyến gặp rất nhiều khó khăn.
Nhưng với tinh thần yêu nước và lòng dũng cảm vô song, bộ đội vận tải đã mưu trí vượt mọi khó khăn, cho xe chạy không đèn ban đêm, lợi dụng sương mù chạy ban ngày, quyết tâm vận chuyển lương thực, thực phẩm, vũ khí đạn dược ra mặt trận, bảo đảm mạch máu tiếp vận đến Điện Biên Phủ không bị gián đoạn.
Ngày 18/02/1954, sau cuộc tiến công chiến lược giải phóng lưu vực sông Nậm Hu, Đại đoàn 308 được lệnh quay về tham gia chiến dịch Điện Biên Phủ. Đồng chí Nguyễn Thọ Sơn được biệt phái dẫn đường cho các đơn vị xe vận tải chuyển vũ khí bí mật chi viện cho tiền tuyến.
Đây là nhiệm vụ gặp rất nhiều khó khăn, phức tạp vì Điện Biên Phủ là một thung lũng nằm ở phía Tây vùng Tây Bắc, ở xa hậu phương, đường cơ giới duy nhất là cung đường dài, đi qua những vùng địa hình hiểm trở, nhiều đèo dốc quanh co nguy hiểm, núi cao, suối sâu, lòng đường hẹp, cầu yếu, nhiều đoạn bị sạt lở, xe vào hỏa tuyến phải bảo đảm yêu cầu bí mật, trong khi địch đánh phá ác liệt…
Nhưng đồng chí Nguyễn Thọ Sơn đã dũng cảm, tỏ rõ tinh thần kỷ luật cao, sáng tạo, khắc phục mọi khó khăn, thử thách ác liệt, quên mình vì sự nghiệp cách mạng, nêu cao vai trò của người lính bộ binh chủ lực cơ động, hiệp đồng cùng các đồng chí lái xe vận chuyển vũ khí chi viện cho chiến trường Điện Biên Phủ.
Khoảng 3 giờ chiều ngày 3 tháng 3 năm 1954, đồng chí Nguyễn Thọ Sơn được lệnh nhận nhiệm vụ dẫn đường cho đoàn xe vào hỏa tuyến.
Trong lúc dẫn đường, đồng chí đã sử dụng áo trấn thủ mặc ngoài và khoác mảnh vải dù pháo sáng (chiến lợi phẩm đồng chí Sơn thu được của giặc Pháp khi chúng thả dù hàng xuống Điện Biên Phủ) cùng chiếc đèn pin được bọc bằng vải dù đỏ. Đoàn xe băng đi xuyên màn đêm, phải đảm bảo bí mật nên không được bật đèn gầm.
Đồng chí Sơn khoác dù trắng đi trước vài mét, đủ cho xe đi đầu nhận ra và bám theo. Chiếc đi đầu là xe Mô-tô-lô-va do đồng chí Nguyễn Văn Minh (đơn vị Đại đội 200, Cục Vận tải) lái xe mang biển số MH510, chiếc thứ hai là xe Zin-ba cầu sáu bánh do đồng chí Lộc Văn Trọng (đơn vị Đại đội 203, Cục Vận tải) lái mang biển số MH501, chiếc thứ ba (sau cùng) là xe Đốt 4, chiến lợi phẩm thu được của Pháp.
Giữa đêm đó, đoàn xe do đồng chí Nguyễn Thọ Sơn dẫn đường đã tiếp cận được trận địa an toàn. Đây là chuyến hàng vận chuyển vũ khí bí mật H12 (tên lửa mặt đất) đầu tiên chi viện cho hỏa tuyến Điện Biên Phủ bằng xe cơ giới.
Với thành tích đã hoàn thành nhiệm vụ dẫn đường cho đoàn xe vận chuyển vũ khí bí mật H12 chi viện cho mặt trận Điện Biên Phủ, đồng chí Nguyễn Thọ Sơn được Chủ nhiệm Tổng cục Cung cấp Trần Đăng Ninh và Cục trưởng Cục Vận tải Đinh Đức Thiện tặng giấy khen.
Tấm vải dù là kỷ vật thiêng liêng được đồng chí tặng Bảo tàng Hậu Cần QĐND Việt Nam nhằm tuyên truyền, giáo dục cho các thế hệ về tinh thần sáng tạo, vượt mọi khó khăn của những người lính "bộ đội Cụ Hồ" trong chiến dịch Điện Biên Phủ.