Dès mai 1975, les forces armées khmères rouges se positionnent à la frontière vietnamienne, près du Kampuchéa Krom (la Cochinchine) que les Khmers rouges envisagent d'annexer en tant que berceau historique du peuple khmer ; des escarmouches opposent les Khmers rouges à l'Armée populaire vietnamienne et, suite à une visite de Lê Duẩn à Phnom Penh pour régler le conflit, Pol Pot présente ses excuses en prétextant un malentendu. Les Khmers rouges mettent place au Cambodge une dictature particulièrement répressive,
le Kampuchéa démocratique dont les politiques coûtent la vie à plusieurs plusieurs millions de Cambodgiens : Norodom Sihanouk est quant à lui privé de tout pouvoir dès son retour au Cambodge et mis en résidence surveillée.
A la mi-1977, les troupes des Khmers rouges effectuent à nouveau plusieurs incursions meurtrières en territoire vietnamien. Toujours en 1977, la ligne dure de l'Angkar, représentée par Pol Pot et Ieng Sary, entreprend de purger l'appareil du Kampuchéa démocratique des cadres pro-vietnamiens, ou supposés tels. Les populations d'ethnie vietnamienne sont en grande partie expulsées du Cambodge ou soumises à des persécutions.
En décembre 1977, 20 000 soldats de l'armée vietnamienne pénètrent en territoire cambodgien puis se retire au bout de quelques jours, emmenant avec elle environ 300 000 vietnamiens, « réfugiés » selon la version vietnamienne, ou « razziés » selon la version des Khmers rouges. La tension entre les deux pays est bientôt à son maximum : le Viêt Nam, qui vise le leadership politique sur les pays communistes de la région, noue dans ce but une alliance étroite avec le Laos ; le Cambodge des Khmers rouges, au contraire du Laos, refuse de se subordonner au voisin vietnamien et se lie à la République populaire de Chine. Dans le courant de l'année 1978, les deux camps se préparent à l'affrontement. Au Cambodge, les Khmers à la peau pâle, les métis vietnamiens et les Khmers de Cochinchine sont victimes de massacres en tant qu'« ennemis de l'intérieur » ; du côté vietnamien, on se prépare méthodiquement au combat. Un traité est conclu avec l'URSS pour prévenir la Chine de ne pas accorder son soutien militaire aux Khmers rouges sous peine de riposte soviétique.
Les Vietnamiens constituent, avec d'anciens cadres Khmers rouges ayant fui les purges de Pol Pot, une organisation chargée d'incarner l'opposition cambodgienne pro-vietnamienne : le 3 décembre 1978, le Front uni de libération du Kampuchéa (FUNSK), dirigé par Heng Samrin, un ancien cadre Khmer rouge réfugié au Viêt Nam après une tentative infructueuse de coup d'État contre Pol Pot, est officiellement créé en territoire vietnamien.
Le 25 décembre 1978, le Viêt Nam passe à l'attaque : 170 000 soldats vietnamiens déferlent sur le Cambodge. Le 2 janvier 1979, l’offensive finale a lieu sur 3 voies, conduite par des blindés sur les autoroutes principales. L’offensive terrestre a été couverte par les forces aériennes des MiG-19 soviétique et des F-5 et A-37 américains capturés, et appuyée d’opérations amphibies. Les troupes khmères rouges sont facilement mises en déroute et, le 7 janvier 1979, les troupes vietnamiennes rentrent dans Phnom Penh désertée. Un nouveau gouvernement communiste cambodgien, favorable au Viêt Nam, est rapidement mis en place, le régime prenant le nom de République populaire du Kampuchéa.