ベトナム人の青年が、1964年8月にベトコンが敷設した地雷で、乗っていたトラックが爆破されて殺害された。ベトナム人の母親は、死亡した息子の死体に涙して慟哭した。その頃に、アメリカと南ベトナムは、北ベトナムに宣戦布告を準備していた。
ジョンソン大統領は、1964年8月5日に「北ベトナムの攻撃には慎重に対応し、戦争を拡大するつもりはない」と発表した。空母タイコンデロガと空母コンステレーションからの戦闘爆撃機が、北ベトナムの4つの海軍基地と石油貯蔵庫を空爆した。推定25隻の魚雷艇が破壊されて、ヴィンの石油貯蔵施設の約90％が炎上した。アメリカ軍戦闘機2機が、北ベトナムの対空砲火に撃墜されて、2機が損傷した。北ベトナムの戦闘機の空中戦には遭遇しなかった。
トンキン湾決議と北ベトナムの海軍基地の空襲は、南ベトナムの士気を高めたが、テイラー大使は国務省に、この効果は一時的なもので、カーン軍事政権を維持する可能性は少ないと警告した。1964年8月16日に、南ベトナムのカーン軍事政権は自分の政治的基盤が不安定であるために、独裁的な権限を得る新憲法を公布した。新設された軍事革命評議会は承認されたが、仏教徒には政治的野望に脅威を感じ、ベトコンのシンパや反体制派の学生たちに後押しされて、さらなる暴動を起こした。都市部の不満が農村部にも波及し、民衆の反感を買ったカーン軍事政権は、大統領職を辞し、憲法を破棄して、反体制派たちはすぐに軍事クーデターを起こしたが、反乱軍の陣地を爆撃すると脅して軍事クーデターは頓挫した。
アメリカに独自性がなければ、南ベトナムの状況はさらに悪化すると考えた統合参謀本部は、トンキン湾事件により、北ベトナムの米軍への攻撃を意図的に誘発した。アメリカは北ベトナムへの空爆を開始する理由もできる。統合参謀本部は、共産主義者たちの軍事行動が、北ベトナムの破壊の度合いを決定した。ジョンソン大統領は、北ベトナムに圧力をかける限定的な措置を承認し、北ベトナムがアメリカ軍を攻撃する際には、一触即発の空爆を行うことに同意した。ジョンソン大統領は、北ベトナムがアメリカ軍部隊を攻撃した場合に、空襲で対応するを同意した。
北ベトナムへの攻撃を開始した。ジョンソン大統領は、トンキン湾事件以来に中断していた哨戒活動を再開した。ジョンソンの警戒心とは裏腹に、北ベトナム沿岸でアメリカ海軍の哨戒活動や秘密工作が再開されると、すぐに新たな問題が発生した。9月18日の夜、トンキン湾を航行中の駆逐艦モートンとパーソンズは、レーダーから魚雷艇らしきものを発見したと報告した。両艦は約40分ほど操船していたが、追手から逃れることができず、発射した砲撃が命中した。敵と思われる船の映像はレーダー画面から消えた。さらに2回、レーダーに映った映像は、砲撃を受けて消えた。モートンとパーソンズの両艦は、合計で約200発以上の127mと100発の76.2mmの砲弾を発射した。レーダーに映った魚雷や砲撃は爆発していない。ジョンソン大統領はこの攻撃を疑問視して、北ベトナムには報復爆撃を行わなかった。ジョンソン大統領は、トンキン湾の状況が微妙になっと判断し、再び哨戒活動を停止して、南ベトナムの北ベトナム海域での海上活動の再開を延期した。10月4日には、厳重に管理された秘密の対北ベトナム作戦を継続することを許可した。
ジョンソン大統領は自制して、その2日後にはトンキン湾事件が政治的にも功を奏して、大統領選で61％という空前の得票率でゴールドウォーターを破った。しかし、この勝利には暗い側面もあった。アメリカ国民はジョンソン大統領に強い支持を与えた。しかし、投票日に世論調査会社であるルイス・ハリスが行った調査では、ベトナム戦争への対応を大統領に高い評価を与えた人は42％にも満たなかった。12月初旬には、ベトナム戦争の評価の数字は38％にまで下がった。アメリカ国民は、ジョンソン大統領が、ベトナム戦争に勝つために決定的な軍事行動をとるのか、ベトナムから撤退するのかは定かではなかった。ジョンソン大統領が、ベトナムで軍事行動を起こさなければ、戦争に負けると疑問に思った。
