عملیات محرم با فرماندهی مشترک ارتش و سپاه پاسداران در جنوب شرقی دهلران و غرب عین‌خوش در استان ایلام به اجرا درآمد. آزادسازی ارتفاعات مرزی (حمرین) و تصرف سرپل منطقه العماره از اهداف اصلی بود که با تأمین بخشی از آن، عملیات پایان یافت.

فروردین ۱۳۶۱ فرماندهی جنگ برای عقب راندن نیروهای عراق از خاک ایران، سیاست تعقیب دشمن در خاک عراق را پیگیری کرد و پس از عملیات رمضان در تیر ۱۳۶۱، منطقه عملیاتی شرق بصره را به مناطق سومار ـ مندلی انتقال داد. زیرا عراق با در اختیار داشتن ارتفاعات مهم مرزی، جاده دهلران را که نزدیک‌ترین معبر وصولی جبهه‌های میانی و جنوبی ایران بود، در تیررس داشت و از این طریق می‌توانست حوزه‌ها و تأسیسات نفتی در منطقه بیات را تهدید کند؛ بنابراین سلسله عملیات‌های آفندی و محدود مسلم بن عقیل در غرب سومار و عملیات محرم در جنوب شرقی دهلران و غرب عین‌خوش در مهر و آبان ۱۳۶۱ به اجرا درآمد. هدف از انجام این‌گونه عملیات‌های محدود، پر کردن خلاء بین عملیات‌های گسترده و بزرگ، صرفه‌جویی در زمان و توانمندسازی و ارتقای کمی و کیفی نیروها، دستیابی کامل به اهداف عملیات‌های قبل، فعال نگه داشتن جبهه‌ها، منفعل کردن و گرفتن ابتکار عمل از دشمن، فراخوان جذب نیروهای مردمی و خنثی کردن تبلیغات علیه ایران بود. 

قرارگاه کربلا که مسئول طراحی این عملیات‌های محدود بود، ۲۰ مهر ۱۳۶۱ طرح عملیاتی محرم را به قرارگاه فتح در جنوب ابلاغ کرد. 

هدف از اجرای عملیات، آزادسازی ارتفاعات مرزی راهبردی حمرین، چندین پاسگاه مرزی و حوزه نفتی، تصرف سرپل در العماره، رسیدن نیروهای خودی به مرزهای بین‌المللی، خارج‌کردن جاده عین‌خوش ـ دهلران از دید و تیر دشمن، استقرار نیروهای خودی در مناطق مرتفع و در تیررس، تحمیل خط دفاعی گسترده به عراق در دشت باز با استقرار نیروهای خودی در ارتفاعات راهبردی حمرین، در دید قرار دادن جاده بصره ـ العماره و جاده‌های مواصلاتی دشمن و شهرک‌های موجود در منطقه بود. همچنین تهدید شهرک صنعتی طیب عراق و آزادسازی پاسگاه‌های زبیدات، شرهانی و ابوغریب و چاه‌های نفت عراق در این مناطق و از بین بردن تمرکز نیروهای عراق در جبهه‌های جنوب از دیگر اهداف عملیات بود. 

منطقه عملیاتی محرم، مناطق مرزی و کوهستانی غرب عین‌خوش در جنوب شرقی موسیان و دهلران بود. این منطقه از شمال به منطقه نفتی بیات، از جنوب به جبل فوقی، از شرق به رودخانه دویرج، از غرب به ارتفاعات مرزی حمرین و شهرهای العماره و علی‌غربی عراق محدود بود. نهصد کیلومتر از این منطقه هزاروپانصد کیلومتری، در خاک عراق واقع شده بود. کرانه شرقی رودخانه دجله مابین دو شهر العماره و علی‌غربی عراق، از نواحی راهبردی محسوب می‌شد و برای عراق نیز که بیش از دو سال ارتفاعات منطقه، شهر موسیان و چاه‌های نفت آن را اشغال کرده بود و از این طریق بر خطوط مواصلاتی نیروهای خودی تسلط داشت، مانند شرق بصره از اهمیت ویژه‌ای برخوردار بود. تا جایی که با کمترین احساس خطر، جاده دهلران ـ عین‌خوش را به آتش می‌کشید. 

سازمان رزمی عملیات تحت فرماندهی قرارگاه مرکزی قائم، شامل قرارگاه‌های قائم ۱ تا قائم ۶ بود. قرارگاه قائم ۱ از ده گردان پیاده، یک گردان ضد زره، دو گردان ادوات از تیپ ۸ نجف اشرف، یک گروهان ژاندارمری موسیان، یک گردان توپخانه ۱۰۵ میلی‌متری ارتش و آتشبار ۱۲۲ میلی‌متری سپاه به فرماندهی احمد کاظمی تشکیل شده بود. قرارگاه قائم ۲ شامل هفت گردان پیاده از تیپ ۲۵ کربلا از سپاه بود. قرارگاه قائم ۳ نیز از هشت گردان پیاده تیپ ۱۷ علی ‌بن ابی‌طالب علیه‌السلام از سپاه به فرماندهی مهدی زین‌الدین و تیپ ۱ لشکر ۲۱ حمزه از ارتش به فرماندهی سرهنگ علی رزمی تشکیل شده بود.

قرارگاه قائم ۴ شامل ده گردان پیاده، یک گردان زرهی، یک گردان پدافند هوایی، یک آتشبار از تیپ ۱۴ امام حسین‌علیه‌السلام، چهار گردان پیاده، یک گردان تانک، یک گردان توپخانه، یک گروهان سوار زرهی از تیپ ۸۴ خرم‌آباد به فرماندهی مشترک محمد ابوشهاب فرمانده تیپ ۱۴ امام حسین‌علیه‌السلام از سپاه و سرهنگ اسکندر بیرانوند فرمانده تیپ ۱ لشکر ۲۱ حمزه از ارتش بود. قرارگاه قائم ۵ از دو گردان پیاده تیپ ۴۴ قمر بنی‌هاشم‌علیه‌السلام و گردان یک تکاور از تیپ ۵۸ به فرماندهی کریم نصر فرمانده تیپ ۴۴ قمر بنی‌هاشم از سپاه شکل گرفته بود. قرارگاه قائم ۶ شامل شش گردان پیاده از تیپ ۳۵ امام سجادعلیه‌السلام به فرماندهی محمدنبی رودکی فرمانده تیپ ۳۵ کربلا بود. جمع این یگان‌ها از شصت گردان پیاده (۵۲ گردان از سپاه و ۸ گردان از ارتش) و دو گردان از ژاندارمری تشکیل شده بود، در حالی ‌که استعداد رزمی به کار گرفته دشمن، لشکر ۱۰ زرهی سپاه چهارم ارتش عراق، دو برابر نیروهای ایران بود. حساسیت و اهمیت ویژه عملیات، صدام را بر آن داشت تا برای هدایت عملیات شخصاً در منطقه حضور یافته و از حداکثر امکانات برای جلوگیری از پیشروی ایران بهره برد. 

عملیات محرم (طرح عملیاتی کربلای ۵)، ساعت ۲۲:۰۵ ۱۰ آبان ۱۳۶۱ با رمز یا زینب‌سلام‌الله‌علیها به فرماندهی قرارگاه مرکزی قائم به مسئولیت حسین خرازی، فرمانده قرارگاه فتح از سپاه و سرهنگ منوچهر دژاکام از ارتش، آغاز شد. این عملیات چون با ۱۴ محرم مصادف بود، به این نام شهرت یافت. عملیات در سه مرحله اجرا و تا دهه سوم آبان ادامه یافت. مراحل اصلی عملیات از ۱۰ تا ۱۸ آبان طول کشید؛ ولی درگیری‌های پراکنده و اصلاح خطوط پدافندی و پاتک‌های محلی تا ۲۵ آبان ادامه یافت. 

با آغاز عملیات، قرارگاه قائم ۱ تا ۴ وارد میدان شدند و در اولین مرحله، قائم ۱ به فرماندهی احمد کاظمی، از سه محور شمالی، جنوبی و میانی وارد عمل شد. رزمندگان توانستند از خطوط مستحکم دفاعی عراق که پر از میدان مین، سیم‌خاردار و سنگرهای کمین بود، عبور کنند. در محور اول، نیروها با محاصره ارتفاعات ۲۹۸ و ۲۹۲ و اطراف آن، بخشی از سلسله جبال حمرین را پاک‌سازی و بلندی‌های مشرف بر شهرک طیب و تپه‌های سرکوب منطقه را با کمک نیروهای قائم ۳ تصرف کنند. نیروهای محور دوم با تصرف ارتفاعات و پاک‌سازی تپه‌های اطراف ارتفاع ۲۹۸، تعدادی از مدافعین دشمن را اسیر و سنگرهای آنان را منهدم کردند. نیروهای محور سوم، ارتفاعات و تپه‌های منطقه را تصرف و یک گردان برای تأمین جناح راست را در غرب رودخانه میمه مستقر کردند. قائم ۲ در محور جنوبی قائم ۱ به پاک‌سازی عمق منطقه پرداخت و قائم ۳ از دو محور شمال و جنوب به پاک‌سازی ادامه داد و به اهداف تعیین‌شده دست پیدا کرد. مشکل اصلی عملیات، محل مأموریت قائم ۴ در محور جنوبی منطقه عملیات بود. قرار بود نیروها در سه محور چم‌سر در شمال، چم‌ربوط در بخش میانی و چم‌هندی در جنوب فعالیت کنند؛ اما جاری شدن سیل و بالا آمدن آب رودخانه‌های دویرج، میمه و چیخواب و طغیان آن که در عملیات پیش‌بینی نشده بود و حضور نیروهای عراق در ساحل غربی رودخانه، نیروهای دو محور چم‌ربوط و چم‌هندی را از پیشروی بازداشت. تعدادی از نیروهای گردان امام سجادعلیه‌السلام و تیپ امام حسین‌علیه‌السلام با عدم امکان عبور از رود و به زیر آب رفتن باروبنه، چادر، مهمات و سلاح‌ها و غرق شدن تعدادی از نیروها مواجه شدند. نداشتن راه ارتباطی، خروج از مخمصه و فشار روحی بر رزمندگان، باعث عدم تأمین اهداف شد؛ بنابراین فرماندهان توان اصلی را روی محور چم‌سری قرار داده و نیروها پس از احداث پل دویرج که قبلاً دشمن آن را منهدم کرده بود، موفق به عبور از آن شدند و با تصرف بخشی از جاده آسفالته چم‌سری ـ شرهانی، اطراف ارتفاعات ۴۰۰ را پاک‌سازی کردند. 

بدین ترتیب، در اولین روز عملیات، بیش از پانصد کیلومتر مربع شامل ارتفاعات مهم ۴۰۰ و ۲۹۸ و تپه‌های اطراف آن آزاد شدند. از نیروهای دشمن ۱۴۰۰ نفر به اسارت درآمد و نه تیپ ارتش عراق ۲۰ تا ۸۰ درصد آسیب دید و ۲۲۰ دستگاه تانک و نفربر و خودرو منهدم و ۱۴۵ دستگاه خودرو سبک و سنگین و مهمات به غنیمت گرفته شد.

با آغاز مرحله دوم عملیات در ۱۲ آبان، رزمندگان با حمله به نیروهای عراق که قصد داشتند وارد منطقه شوند، تلفات سنگینی به دشمن وارد کردند و با ایجاد خط پدافندی برای رسیدن به جاده آسفالته زبیدات ـ شرهانی و منطقه چم‌سری به سمت جنوب ‌غربی موفق شدند مناطق مرزی غرب تا عمق بیست‌کیلومتری جاده مواصلاتی و تدارکاتی بصره ـ العماره ـ بغداد را در تیررس قرار دهند. مرحله سوم ۱۶ آبان عملیات آغاز شد و با آزادسازی حدود سیصد کیلومتر شامل نواحی زبیدات ـ شرهانی، پاسگاه ابوغریب و تأسیسات نفتی با ۳۵ حلقه چاه، عراق به بمباران منطقه پرداخت.

برای تکمیل مرحله سوم، ۱۷ آبان نیروها برای پر کردن فاصله بین دو تیپ ۸ نجف اشرف و ۲۵ کربلا (قائم ۱ و ۲)، ترمیم و تثبیت خطوط پدافندی تلاش زیادی کردند. قائم ۴ نیز به دلیل تمام کردن مهمات و تأخیر در پشتیبانی و فشار عراق، مجبور به عقب‌نشینی از تپه ۱۷۵ شد و با دست‌به‌دست شدن این تپه، بار دیگر در ۱۸ آبان به تصرف ایران درآمد. 

روزهای ۱۹ و ۲۰ آبان به تثبیت و ترمیم مواضع دفاعی گذشت. عراق ۲۱ آبان برای بازپس‌گیری متصرفات، منطقه نهر عنبر را بمباران و از جنوب منطقه عملیات، تا هشت‌کیلومتری جنوب چم‌هندی عقب‌نشینی کرد و این اقدام ۱۱۰۰ کشته و زخمی، ۴۶ اسیر و انهدام ۱۳ تانک و نفربر از تجهیزات عراق را در پی داشت. در واقع این پایان مراحل اصلی عملیات محرم بود که با پیروزی کامل نیروها و تثبیت مواضع متصرفی پایان یافت. 

از نتایج کلی عملیات می‌توان به آزادسازی حدود هزار کیلومتر مربع از خاک ایران از جمله ارتفاعات ۴۰۰، ۱۷۵ و ۲۹۸، حوزه نفتی بیات، نهر عنبر، پل و پاسگاه‌های چم‌سری، موسیان، ربوط در خاک ایران و پاسگاه‌های شرهانی، ابوغریب، حماد شهاب و بجیله در خاک عراق اشاره کرد. علاوه ‌بر آن، جاده عین‌خوش ـ دهلران از تیررس دشمن خارج و شهرک طیب عراق، در دید ایران قرار گرفت. بیش از ۶۰۰۰ عراقی کشته و زخمی و ۲۳۰۰ نفر به اسارت درآمدند. همچنین ده تیپ و سه گردان تانک و مکانیزه عراق از ۵۰ تا ۱۰۰ درصد آسیب دید. 

لازم به تذکر است که عراق در این عملیات از گازهای شیمیایی و سمی استفاده کرد؛ ولی با توجه به شرایط جوی، باد و باران، اثر کمی داشت. پس از شکست در عملیات محرم، عراق بار دیگر بمباران منطقه عملیاتی و حمله به اسکله‌های نفتی ایران در خارک و شهرهای مختلف از جمله آبادان، خرمشهر و ایلام را آغاز کرد.

پس از عملیات محرم، مسئولیت دفاع از منطقه، از پاسگاه ابوغریب تا سه‌راهی شهرک زبیدات به تیپ یک لشکر ۲۱ پیاده ارتش واگذار شد. در اواخر ۱۳۶۱ نیز ستاد فرماندهی جنگ برای پاک‌سازی ارتفاعات حمرین در شمال فکه، عملیات والفجر ۱ را طراحی و در فروردین ۱۳۶۲ به اجرا گذاشت.