Tổ chức giao nhiệm vụ cho anh Thuyên bằng mọi cách phải đột nhập vào Tua 2 để nắm quy luật hoạt động và cách bố phòng của bọn nguỵ tại đây. Anh suy nghĩ phải làm cách nào để vào thành Tua 2 hoạt động công khai, cuối cùng anh tìm ra lời giải đáp là làm quen với tên trung tá chỉ huy trưởng thành Tua 2. Với bản tính hiền lành anh đã chinh phục được tình cảm của hắn và được trung tá cho làm lính gac-đờ-co. Thế là anh được tự do ra vào thành Tua 2. Lợi dụng lòng tin của tên trung tá, anh Thuyên đưa 2 cán bộ của cách mạng cải trang là dân Sài Gòn đến giới thiệu với hắn là 2 người "anh ruột", xin phép được vào thành Tua 2. Được sự chấp thuận của tên trung tá, Anh Thuyên hướng dẫn 2 người "anh ruột" tham quan xung quanh Tua 2. Hai cán bộ cách mạng có điều kiện nghiên cứu kỹ tình hình và điều nghiên trận địa một lần cuối trước khi bước vào trận đánh.
Đêm 25 rạng 26/01/1960, lực lượng cách mạng nổ súng đánh Tua 2, tên trung tá thoát chết, hắn nghi ngờ và cho thám báo theo dõi anh Thuyên. Thấy nguy cơ bị lộ, ngày 03/02/1960 anh Thuyên ra vùng căn cứ. Từ đây anh trở thành chiến sĩ đơn vị C40 và được cử đi học lớp huấn luyện đặc công.
Năm 1964, anh được điều về công tác xã Thái Bình phụ trách Xã đội phó.
Giữa năm 1965, Mỹ ồ ạt đổ quân vào miền Nam và đến Tây Ninh xây dựng căn cứ quân sự ở Trảng Lớn, ngay trên địa bàn mình phụ trách. Đứng trước kẻ thù mạnh hơn mình nhiều lần về phương tiện chiến tranh, lúc đầu du kích còn ngán Mỹ, để xoá tư tưởng đó, anh Thuyên đã nghiên cứu tìm hiểu quy luật hoạt động của Mỹ và xây dựng tư tưởng quyết tâm đánh Mỹ cho toàn đội du kích. Qua trận đánh đầu tiên đội du kích do anh Thuyên chỉ huy diệt được 8 tên Mỹ.
Sau trận thắng này, huyện mời anh Thuyên về báo cáo thành tích và kinh nghiệm đánh Mỹ cho các xã bạn học tập. Từ đó, phong trào đánh Mỹ trong toàn huyện Châu Thành phát triển rầm rộ, trong đó xã Thái Bình là ngọn cờ đầu.
Ngày 19/8/1968, anh được kết nạp vào Đảng Cộng Sản Việt Nam.
Trong những năm 1969 - 1970, tình hình căng thẳng, Mỹ - nguỵ đánh phá ác liệt. Để đảm bảo cho toàn đơn vị và sẵn sàng chiến đấu, anh Thuyên phát động anh em du kích đào hầm bí mật ở khắp nơi để đánh giặc khi chúng vừa mới đặt chân vào căn cứ của cách mạng. Lúc này, điều kiện đạn dược thiếu, anh cùng với du kích nhặt những trái đạn lép của giặc về chế thành trái nổ để đánh lại chúng.
Ngày 4/10/1969, Mỹ đưa quân tấn công vào Sa Nghe, trước tình hình đó Chi bộ bàn cách đánh Mỹ, đồng thời bảo tồn được lực lượng. Anh Thuyên đề nghị rút khỏi căn cứ, chỉ để lại ít người cho dễ cơ động chiến đấu, ý kiến của anh được chi bộ tán thành. Anh Thuyên cùng với anh Chiến là du kích được ở lại chiến đấu.
Trước khi tấn công vào căn cứ, Mỹ cho máy bay ném bom để dọn bãi đổ quân khoảng 400 tên. Hai anh Thuyên và Chiến quyết tâm bám trụ chiến đấu đã tiêu diệt 30 tên Mỹ - nguỵ đợt đầu. Bị đánh bất ngờ, Mỹ - nguỵ không biết lực lượng cách mạng có bao nhiêu, chúng tỏ ra hoang mang, nên vội rút quân ra và cho pháo binh bắn vào căn cứ. Đợt này anh Chiến bị thương, anh Thuyên vừa băng bó vết thương cho anh Chiến và chuẩn bị đạn trái nổ để sẵn các công sự sẵn sàng chiến đấu. Qua 6 đợt tấn công của quân Mỹ đều bị anh Thuyên và anh Chiến đánh bật ra, diệt gần một tiểu đoàn lính Mỹ.
Tháng 4/1970, anh Thuyên cùng với 2 đồng đội là anh Sơn và Mười Quảng đã tổ chức thành một tổ "tam tam" đánh bọn Mỹ ở Bàu Sen. Anh Thuyên giao cho anh Sơn sử dụng B40, Mười Quảng súng Carbin, còn anh sử dụng súng M79 với 32 viên đạn. Trong trận này anh Thuyên bị thương ở bụng và bất tỉnh. Còn anh Sơn vừa bắn vừa chặn đường tấn công của quân Mỹ vừa rút về phía sau. Anh Thuyên tỉnh lại biết mình bị thương ruột lòi ra ngoài, anh tự tay nhét ruột vào và băng lại. Vừa tỉnh lại anh thấy 3 tên Mỹ xông lên, anh Thuyên bắn M79 diệt tại chỗ 3 tên.
Vết thương nặng, sức khoẻ yếu dần, với khẩu súng M79 đã trở thành cái gậy, giúp anh về đến đơn vị an toàn.
Anh Thuyên không ngừng gan dạ, mưu trí trong đánh Mỹ, anh còn sáng tạo trong cách đánh bọn bình định ác ôn. Ở xã Thái Bình, bọn bình định ngày đêm tổ chức càn quét cướp phá. Anh Thuyên suy nghĩ và quyết tâm phải diệt bọn bình định. Nắm được quy luật hoạt động của chúng, anh chuẩn bị 1 trái nổ có gài kíp tự động, đặt trong thùng chứa đạn đại liên của Mỹ. Anh cải trang thành nông dân vác cuốc ra ruộng, khi phát hiện xe bọn bình định đi càn, anh đặt thùng đại liên giữa đường và vào bụi cây gần đó theo dõi. Bọn giặc đến gần, phát hiện thùng đại liên cho rằng của "Việt cộng" đánh rơi, chúng quây quần bên thùng đại liên lật qua lật lại, một tiếng nổ vang trời, cả 19 tên giặc đều đền tội, từ trận thắng ấy, đồng bào trong xã vô cùng phấn khởi.
Anh Thuyên không những là người đánh giặc táo bạo, dũng cảm mưu trí mà còn là cán bộ chính trị gương mẫu. Năm 1971, Mỹ - nguỵ đánh phá ác liệt hơn, một số anh em du kích có tư tưởng dao động, anh Thuyên với tình cảm đồng đội đã giải thích động viên tinh thần chiến đấu cho anh em du kích. Qua đợt giáo dục này, toàn đội du kích đã nêu cao quyết tâm bám trụ chiến đấu. Cũng trong những năm này, đời sống của đơn vị gặp nhiều khó khăn, có những lúc nửa tháng phải ăn củ mì theo tiêu chuẩn để lót dạ. Trước tình hình đó, anh Thuyên phải cải trang vượt vành đai giặc, móc nối các cơ sở, với cách đó anh đã mang lương thực về cho đơn vị. Qua những tình cảm của anh Thuyên lo cho đơn vị, anh em du kích càng mến phục và tin yêu.
Anh Thuyên người chiến sĩ dũng cảm và mưu trí đánh giặc tham gia trên 1.000 trận, anh đã bị thương 9 lần và mang trên mình 72 vết thương nặng nhẹ, 5 năm liền là chiến sĩ thi đua, anh đã được huyện, tỉnh mời báo cáo thành tích kinh nghiệm đánh Mỹ, diệt nguỵ. Ngày 20/12/1971, Đại hội Anh hùng lực lượng vũ trang nhân dân được tổ chức tại Bộ chỉ huy Miền, anh Bùi Văn Thuyên được tuyên dương Anh hùng lực lượng vũ trang nhân dân.
