Từ cuối mùa thu 1963 trở đi, cao trào đánh phá ấp chiến lược toàn miền Nam phát triển mạnh, làm cho kế hoạch “bình định miền Nam trong vòng 18 tháng” của địch bị thất bại về cơ bản và đang trên đà đi tới phá sản. Đế quốc Mỹ và chế độ Ngô Đình Diệm không còn tin vào khả năng phòng thủ ấp chiến lược.
Ở Hương Thủy, sau đòn tiến công chính trị mùa Hè của nhân dân thành phố và nông thôn, tiếp đến các hoạt động phá ấp chiến lược trên toàn miền Nam, đã làm cho bọn ngụy quyền quận, xã, công an, bảo an, dân vệ giao động, hoạt động cầm chừng. Thế kìm kẹp của địch đã bị lỏng một bước, cán bộ huyện, đội công tác có điều kiện thuận lợi hơn trong việc mở rộng địa bàn hoạt động. Huyện ủy Hương Thủy đẩy mạnh công tác hoạt động chuẩn bị để thực hiện chỉ thị của khu ủy và của tỉnh ủy về “phát động quần chúng phá thế kìm kẹp, phá ấp chiến lược, giành một phần nông thôn đồng bằng”.
Ngày 1 – 11 - 1963, đế quốc Mỹ buộc phải thay ngựa giữa dòng, làm đảo chính Ngô Đình Diệm mong cải thiện tình hình chế độ ngụy quyền. Lợi dụng thời cơ, Tỉnh ủy chủ trương đẩy mạnh đánh phá ấp chiến lược, làm lỏng thế kìm kẹp của địch, tao thế, tạo lực tiến lên đồng khởi ở nông thôn đồng bằng. Đêm 2 và 3 – 11 - 1963, lực lượng huyện Hương Thủy đã đột nhập vào một loạt ấp chiến lược ở các xã Hương Thọ, Nguyên Thủy, Hồng Thủy, Hải Thủy, Hưng Lộc... phát động quần chúng tiến công trụ sở ngụy quyền xã, tạo điều kiện cho quần chúng phá từng đoạn ấp chiến lược. Đây là đợi hoạt động có quy mô đầu tiên ở Hương Thủy, góp phần tạo ra khả năng phá thế kìm kẹp, phá ấp chiến lược của địch trong toàn tỉnh.
Thực hiện nghị quyết Khu ủy 5, căn cứ vào tình hình cụ thể của địa phương, Tỉnh ủy Thừa Thiên đặt nhiệm vụ giành lại nông thôn đồng bằng trong năm 1964 là nhiệm vụ trung tâm hàng đầu có tính chất cấp bách của Tỉnh ủy. Tỉnh ủy chủ trương phát động quần chúng vùng dậy phá thế kìm kẹp của địch ở xã Hương Thọ thuộc huyện Hương Thủy để rút ra những bài học kinh nghiệm về tổ chức, bố trí lực lượng và công tác chỉ đạo, công tác phát động quần chúng... Từ đó, tiến tới triển khai một đợi trên phạm vi toàn tỉnh.
Huyện ủy Hương Thủy bố trí cơ sở ở các thôn thuộc xã Hương Thọ chuẩn bị huy động quần chúng nổi dậy phối hợp với lực lượng võ trang phá ấp chiến lược, xóa bỏ ngụy quyền cơ sở, giành quyền làm chủ. Đồng thời, vận động cơ sở chuẩn bị nuôi dưỡng các bộ, thương binh và cung cấp tin tức, chỗ ở của bọn ác ôn, chuẩn bị đò cho bộ đội phát triển thế tiến công.
Đội võ trang công tác Hương Thọ có 38 đồng chí, cán bộ huyện cũng bổ sung vào đội võ trang công tác của tỉnh do đồng chí Trương Đình Hối, Tỉnh ủy viên, chỉ đạo. Đội công tác được chia làm 3 mũi: Mũi Lương Miêu, Dương Hòa, Thác Hộ; Mũi Đình Môn; Mũi An Khê, Kim Ngọc, Thạch Hàn. Đầu tháng 2 - 1964, đội công tác võ trang từ các mũi tiến hành phát động quần chúng khởi nghĩa ở Hương Thọ. Sau một tháng liên tục công tác đánh địch, phát động quần chúng, ta đã xây dựng được chính quyền tự quản, tổ chức Mặt trận Dân tộc Giải phóng và các đoàn thể của mặt trận ở các thôn Đình Môn, Lương Miêu, Dương Hòa, Thác Hộ, Kim Ngọc, La Khê, Thạch Hàn, Chi bộ Đội công tác lãnh đạo phong trào xã Hương Thọ và kế nạp được thêm 2 đảng viên tại Ủy ban Mặt trận Dân tộc Giải phóng xã, các đoàn thể như thanh niên, phụ nữ, nông dân giải phóng, xã đội dân quân hình thành.
Ngày 8 – 4 - 1964, Tỉnh ủy Thừa Thiên họp ra nghị quyết về phát động quần chúng phá thế kìm kẹp trong toàn tỉnh. Ở Hương Thủy, đầu năm 1964 các đội công tác khu vực đã hoạt động mạnh ở các thôn trên quốc lộ I như Nguyên Thủy, Hải Thủy, Mỹ Thủy và bám trụ võ trang tuyên truyền ở một số xã vùng sâu. Một số xã như Mỹ Thủy, Hồng Thủy, Hải Thủy, Nguyên Thủy, Hương Thọ, Hưng Lộc đã kết nạp được đảng viên trong bối cảnh chung toàn miền, toàn tỉnh nhân dân từng bước đẩy mạnh đấu tranh bảo vệ quyền lợi, chống áp bức, kìm kẹp, tìm cách nuôi dưỡng, bảo vệ cán bộ về hoạt động, vận động cơ sở đóng góp tiền nuôi quân gửi lên căn cứ.
Về lực lượng địch, ngoài quân chủ lực ngụy, ở Hương Thủy có 2 quân lị (Hương Thủy và Nam Hòa), có bộ máy ngụy quyền quận và đại đội bảo an cùng một số cảnh sát, mật vụ. Mỗi xã có ban đại diện và có 1 đến 2 trung đội dân vệ. Các xã có 2 trung đội dân vệ là: Thủy Phương (Mỹ Thủy), Thủy Dương (Hồng Thủy), Thủy Vân (Thiên Thủy), Thủy Thanh (Thanh Thủy) ... và 2 trung đội thanh niên chiến đấu, có trang bị, không thường trực, khi cần mới huy động.
Về lực lượng của cách mạng: cơ quan lãnh đạo Huyện ủy được bổ sung tăng cường, mỗi ngành 1 khu có 1 huyện ủy viên phụ trách, bộ đội địa phương huyện có 2 tiểu đội, đã hình thành Ban chỉ huy Huyện đội. Ở các xã đều có cơ sở cách mạng của toàn thể giải phóng. Các xã gần căn cứ như Hải Thủy, Mỹ Thủy, Nguyên Thủy, Hương Thọ, Hưng Lộc có cơ sở đông hơn các xã vùng ven và vùng sâu. Các xã có đảng viên là: Hải Thủy, Mỹ Thủy, Nguyên Thủy, Hồng Thủy. Cùng với Vĩnh Lộc (huyện Phú Lộc), Mỹ Thủy là một trong hai xã trong tỉnh có chi bộ Đảng ủy.
Sau khi cân nhắc các mặt thuận lợi, khó khăn, Huyện ủy hạ quyết tâm lãnh đạo lực lượng cách mạng và nhân dân vào đợt hoạt động đều khắp từ đầu ở khu I, khu II, khu III. Đêm 7 – 5 - 1964, cùng với cả tỉnh, nhân dân Hương Thủy đã mở màn đợt đồng khởi giành lại nông thôn đồng bằng. Mở đầu đợt đồng khởi, lực lượng bên ngoài kết hợp với tự vệ mật và cơ sở bên trong, cơ sở nội tuyến trong hàng ngũ địch, đã tiến công đồn Thanh Thủy Chánh, diệt và bắt toàn bộ ngụy quyền xã. Nhân dân các làng Thanh Thủy Chánh, Lang Xá Bàu, Vân Thê... nổi dậy phá hàng rào ấp chiến lược, mít-tinh nghe đại biểu Mặt trận Dân tộc Giải phóng huyện nói về tình hình, nhiệm vụ mới. Ở xã Hải Thủy (Thủy Phù, Thủy Tân), nhân dân có lực lượng võ trang hỗ trợ đã nổi dậy mít-tinh, phá từng đoạn rào ấp chiến lược, làm chủ ban đêm ở thế tranh chấp mạnh, vì các thôn này ở sát căn cứ Phú Bài. 4 thôn ở xã Mỹ Thủy khởi nghĩa thắng lợi, tổ chức được ban tự quản các thôn, chi bộ Đảng, Ủy ban Mặt trận Dân tộc xã, các đoàn thể nhân dân giải phóng hình thành. Xã đội dân quân Mỹ Thủy được hình thành gồm 1 trung đội du kích có 40 đồng chí do đồng chí Nguyễn Viết Phong xã đội trưởng trực tiếp làm trung đội trưởng. Các xã Minh Thủy, Bích Thủy, Thiên Thủy, Phong Thủy và An Thủy ở vùng ven thành phố cũng đã có những hoạt động võ trang hỗ trợ, nhưng cơ sở bên trong còn mỏng nên chỉ có những cuộc võ trang tuyên truyền.
Trong đợt này, xã Nguyên Thủy (Thủy Bằng) đã giải phóng được một số thôn như Vĩ Dạ Thượng, Võ Xá, Dạ Khê, Nguyệt Biều, Châu Chữ, trừ các thôn sát quận lị Nam Hòa. Cùng với Hương Thọ, Nguyên Thủy trở thành địa bàn căn cứ của huyện, làm bàn đạp xuất phát xây dựng cơ sở và phát động quần chúng ở các xã vùng ven, vùng sâu nối với cơ sở và phong trào hai huyện Phú Vang, Hương Trà.
Sau thắng lợi Đồng khởi của cách mạng, địch mở nhiều cuộc càn quét bắn phá liên tục vào các xã Thủy Phương, Thủy Thanh, Thủy Bằng, Thủy Phù, Thủy Tân. Đồng thời tập kích vào các xã, phục kích đường lên về chiến khu – đồng bằng, lùng sục hầm bí mật, tìm bắt cán bộ, bố trí mật vụ, gián điệp ráo riết theo dõi các xã vùng ven. Các đội du kích mới được xây dựng đã cùng với lực lượng võ trang huyện anh dũng đánh địch. Nhất là các xã Thủy Phương, Thủy Thanh.
Qua phong trào Đồng khởi đã nói lên sự trưởng thành của huyện qua rèn luyện thử thách. Huyện ủy đã được củng cố một bước gồm các đồng chí Nguyễn Lam (Ái) quyền Bí thư Huyện ủy, các đồng chí thường vụ như Nguyễn Xuân Ngà, Xuân Yên, Nguyễn Thanh Giai. Cơ sở Đảng ở các đơn vị võ trang và các ngành được thành lập, thành lập thêm các chi bộ xã Hải Thủy, Thanh Thủy, Nguyên Thủy, Hương Thọ... Chi bộ Thủy Phương có 25 đảng viên. Các xã cũng đã hình thành hệ thống chính trị Đảng, chính quyền. Nông dân phấn khởi đẩy mạng sản xuất trong cảnh lửa đạn chiến tranh, cố gắng khôi phục gần hết diện tích ruộng đất hoang hóa.
Hội nghị tỉnh ủy Thừa Thiên ngày 19 – 11 - 1964 đã đánh giá về đợt hoạt động: “Quân dân tỉnh ra đã thu nhiều thắng lợi quan trọng và đã làm thay đổi cơ bản tình hình trong tỉnh, đưa phong trào tiến lên một bước vượt bật” Tại Đại hội Đảng bộ tỉnh tháng 7 - 1965, huyện Hương Thủy được biểu dương: “Kết hợp lực lượng bên trong và bên ngoài hòa nhịp, xây dựng được du kích bên trong, anh dũng đánh phản kích”. Tỉnh tặng huyện một khẩu K50 băng tròn. Hội nghị huyện đã tặng xã Mỹ Thủy – một xã có phong trào cách mạng mạnh mẽ, luôn đi đầu ở Hương Thủy.
Đồng khởi thắng lợi, Hương Thủy bước sang giai đoạn cách mạng mới.