Sáng 16/4, CQ đã pháo liên tục vào vị trí phòng ngự của lực lượng Dù và Địa phương quân vòng quanh căn cứ Không quân, đồng thời bắn phá dồn dập vào khu vực phi cơ đậu và phi đạo để không cho phi cơ chiến đấu của Sư đoàn 6 Không quân cất cánh. Cùng lúc đó, Cộng quân tấn công mạnh vào thị xã bằng ba hướng. Lực lượng phòng thủ thị xã chống trả quyết liệt, nhưng do Cộng quân quá đông nên lần lượt các tuyến phòng thủ trung tâm đều bị chiếm. Cùng thời gian này, Cộng quân tung một trung đoàn cắt đứt đường giao thông trên Quốc lộ 1 ở khu vực Cà Ná cách thị xã Phan Rang khoảng 48 km về hướng Tây Nam cốt để chặn đường rút quân của các đơn vị VNCH.
* Phan Rang thất thủ, Trung tướng Nguyễn Vĩnh Nghi và Chuẩn tướng Phạm Ngọc Sang bị bắt.
Không còn lực lượng trừ bị để tăng viện cho các tuyến phòng thủ, trong khi đó căn cứ Không quân bị tấn công dữ dội, nên sáng ngày 16 tháng 4/1975, Trung tướng Nguyễn Vĩnh Nghi, Tư lệnh Tiền phương Quân đoàn 3 kiêm Tư lệnh mặt trận Phan Rang họp khẩn cấp với Chuẩn tướng Phạm Ngọc Sang, Tư lệnh Sư đoàn 6 Không quân, và một số đơn vị trưởng, để bàn kế hoạch rút quân.
Tình hình bộ Tư lệnh của Tướng Nghi vào lúc đó rất bi đát, do hệ thống truyền tin bị trúng đạn pháo kích của Cộng quân, nên bộ Tư lệnh tiền phương Quân đoàn 3 ở Phan Rang đã không còn liên lạc được với bộ Tư lệnh chính của Quân đoàn 3/Quân khu 3 đóng tại Biên Hòa, cũng như bộ Tổng tham mưu ở Sài Gòn. Đến trưa ngày 16/4/1975, thị xã Phan Rang nằm trong tay Cộng quân. Tại bộ Tư lệnh mặt trận Phan Rang đặt trong căn cứ Không quân, Cộng quân xua quân tiến sát đến vòng đai phi trường, Trung tướng Nghi và Chuẩn tướng Sang cho lệnh các sĩ quan và đơn vị trú phòng tùy nghi phân tán.
Sau hàng loạt pháo kích bắn phá căn cứ phi trường, doanh trại và hệ thống công sự phòng thủ, Cộng quân cho bộ binh và thiết giáp đánh thẳng vào căn cứ. Trung tướng Nguyễn Vĩnh Nghi và Chuẩn tướng Sang đã bị Cộng quân bắt sau đó. Đại tá Nguyễn Thu Lương, Lữ đoàn trưởng Lữ đoàn 2 Dù và vị tiểu đoàn trưởng tiểu đoàn 11 Dù được ghi nhận là mất tích. (Vương Hồng Anh tổng hợp).