Thành cổ Quảng Trị còn nổi tiếng là nơi diễn ra trận chiến 81 ngày đêm giữa lực lượng của Quân Giải phóng miền Nam Việt Nam với liên minh Quân đội Hoa Kỳ-Quân lực Việt Nam Cộng hòa có sự yểm trợ tối đa của hỏa lực từ pháo hạng nặng, pháo hạm và B-52 ném bom của quân đội Mỹ. Đây là một trận đánh gây thiệt hại nặng cho cả hai bên và là trận đánh khốc liệt nhất toàn bộ cuộc chiến. Kết quả, Quân lực Việt Nam Cộng hòa tái chiếm được Thành cổ và một phần thị xã nhưng Quân Giải phóng miền Nam Việt Nam giữ được nửa bắc tỉnh Quảng Trị, các vị trí chiến lược ở cực Tây tỉnh Quảng Trị và xung quanh Thành cổ cũng như các vị trí xung yếu trong thị xã. Hiện nay tại bảo tàng Thành cổ Quảng Trị vẫn còn có những di vật, và những bức thư bộ đội gửi vĩnh biệt gia đình trong thời gian xảy ra trận đánh này