Đầu năm 1946, quân Pháp mở rộng đánh chiếm các tỉnh Nam Trung Bộ và Tây Nguyên. Trước tình hình đó, đang hoạt động ở tỉnh Quảng Bình, đồng chí Đoàn Khuê được điều động vào Khu 5. Từ tháng 4-1947 đến đầu năm 1953, đồng chí được cử giữ chức Bí thư Đảng ủy, Chính trị viên, Chính ủy các Trung đoàn 69, 73, 78, 126 và 84 thuộc Liên khu 5, Ủy viên Thường vụ Ban cán sự đảng tỉnh Đắk Lắk. Tháng 1-1949, thực hiện chỉ đạo của Trung ương Đảng, Liên khu 5 xác định nhiệm vụ quân sự là phát động chiến tranh du kích rộng rãi, đánh sâu vào vùng địch, nhất là Tây Nguyên.
Thực hiện nhiệm vụ được giao, đồng chí Đoàn Khuê cùng Ban chỉ huy Trung đoàn 84 đề ra chủ trương phát triển mạnh mẽ chiến tranh du kích trên phạm vi rộng; tích cực chống địch càn quét vào hậu cứ, giữ vững và phát triển vùng căn cứ; củng cố những nơi đã có chính quyền, tổ chức chính quyền ở các vùng giáp ranh, tăng cường công tác vũ trang, tuyên truyền và binh-địch vận để gây cơ sở sâu trong vùng địch; bảo vệ nhân dân... Để thực hiện có hiệu quả, Ban chỉ huy Trung đoàn 84 quy định nhiệm vụ và giao vùng hoạt động cho từng đơn vị. Bản thân đồng chí Đoàn Khuê là tấm gương cho cán bộ, chiến sĩ trong Trung đoàn noi theo, khắc phục khó khăn, hoàn thành nhiệm vụ, đặc biệt là quyết tâm học ngôn ngữ của đồng bào các dân tộc để thuận lợi cho công tác tuyên truyền, vận động bà con. Bởi vậy, cán bộ, chiến sĩ Trung đoàn vừa làm vừa học, luôn bám đất, giành dân với địch, đi đến đâu cũng được đồng bào các dân tộc tin yêu, giúp đỡ và tích cực ủng hộ cách mạng, ủng hộ kháng chiến.
Từ tháng 7 đến tháng 9-1950, Bộ tư lệnh Liên khu 5 mở Chiến dịch Nguyễn Huệ (Chiến dịch Đắk Lắk, Chiến dịch Nam Tây Nguyên) nhằm phối hợp với chiến trường chính Bắc Bộ, bồi dưỡng lực lượng ta, thúc đẩy gây dựng cơ sở vùng địch hậu. Lực lượng tham gia chiến dịch gồm Trung đoàn 803 và Trung đoàn 84. Trong chiến dịch, dưới sự chỉ đạo trực tiếp của đồng chí Đoàn Khuê, Chính ủy Trung đoàn 84, hoạt động công tác Đảng, công tác chính trị của đơn vị đã tập trung quán triệt sâu sắc mục đích chiến dịch, nhiệm vụ từng mũi, từng hướng. Các chi bộ đảng ra nghị quyết lãnh đạo, phân công cán bộ, đảng viên đi sát từng tổ, từng đội phổ biến nhiệm vụ, nắm chắc tình hình, tư tưởng bộ đội để kịp thời giải quyết. Phong trào thi đua bám dân, bám địa bàn được phát động, tạo ra khí thế, củng cố quyết tâm cho cán bộ, chiến sĩ. Kết quả, Chiến dịch Nguyễn Huệ góp phần xây dựng, phát triển cơ sở ở Đắk Lắk, tạo được khu căn cứ địa thuộc vùng tam giác Cheo Reo-Biển Hồ-M’Drắk, tạo bàn đạp mở rộng cơ sở vượt qua Tây Đường 14 sang Đông Campuchia. Trong chiến công chung đó có đóng góp của Trung đoàn 84 do đồng chí Đoàn Khuê làm Chính ủy.
Mùa hè năm 1953, đồng chí Đoàn Khuê nhận nhiệm vụ Chính ủy Trung đoàn 108-trung đoàn chủ lực của Liên khu 5. Thời gian này, Liên khu 5 chủ trương mở đợt hoạt động hè 1953, sử dụng Trung đoàn 108 hoạt động ở hướng Quảng Nam, Trung đoàn 803 hoạt động trên hướng Khánh Hòa và Đắk Lắk. Trên cương vị Chính ủy Trung đoàn 108, được phân công là Phó chính ủy Bộ chỉ huy Chiến dịch hè 1953 trên chiến trường Quảng Nam, đồng chí Đoàn Khuê đã cùng Bộ chỉ huy chiến dịch và Ban chỉ huy Trung đoàn 108 chỉ đạo các lực lượng giành nhiều thắng lợi, tiêu diệt nhiều cứ điểm như Bà Rén, Cầu Chìm, Non Trượt, Túy Loan... Kết hợp với thắng lợi quân sự, phong trào đấu tranh chính trị, nhất là công tác tuyên truyền, binh-địch vận, chống địch bắt lính có bước phát triển...
Cuối năm 1953, Bộ Chính trị thông qua kế hoạch tác chiến Đông Xuân 1953-1954. Theo đó, Liên khu 5 mở Chiến dịch Bắc Tây Nguyên, đồng thời tập trung lực lượng vũ trang địa phương kiên quyết đánh địch, bảo vệ vùng tự do. Trung đoàn 108 được giao nhiệm vụ cùng Trung đoàn 803, Tiểu đoàn 30, Liên đội Đặc công cùng lực lượng địa phương tiến lên hướng chính Bắc Kon Tum. Nhằm buộc quân Pháp phải điều chỉnh cuộc hành quân Atlante, đưa quân về tăng viện cho hướng Kon Tum, Bộ chỉ huy Chiến dịch Bắc Tây Nguyên quyết tâm tiêu diệt 3 cứ điểm Măng Đen, Măng Bút và Kon Rẫy, đập tan cụm phòng ngự Đông Bắc Kon Tum của địch trong một đêm. Trung đoàn 108 được giao nhiệm vụ giải quyết cứ điểm Măng Đen. Đồng chí Đoàn Khuê và các đồng chí trong Ban chỉ huy Trung đoàn 108 thống nhất sử dụng Tiểu đoàn 19 tiến công tiêu diệt khu A, Tiểu đoàn 79 tiến công khu B, Tiểu đoàn 50 làm lực lượng dự bị.
Trên hướng chủ yếu, đêm 27-1-1954, Tiểu đoàn 19 tiến công khu A gặp khó khăn tại cửa mở, tình hình càng trở nên bất lợi khi trời gần sáng. Trước tình hình đó, có ý kiến cho bộ đội lui ra ngoài để củng cố, hôm sau tổ chức đánh tiếp. Bí thư Đảng ủy, Chính ủy Đoàn Khuê hội ý với Thường vụ Đảng ủy Trung đoàn 108, quyết định giữ vững quyết tâm tiêu diệt cứ điểm địch. Trên hướng thứ yếu, địch chống cự yếu hơn nên Tiểu đoàn 79 tổ chức tiến công thuận lợi, nhanh chóng làm chủ trận địa. Chính ủy Đoàn Khuê trực tiếp xuống hướng thứ yếu kiểm tra tình hình, quyết định chuyển hướng tiến công thứ yếu thành hướng chủ yếu. Đây là quyết định táo bạo, kịp thời, gây bất ngờ cho địch. Đến sáng 28-1-1954, Trung đoàn 108 làm chủ hoàn toàn cứ điểm Măng Đen. Trong những thời điểm cam go, ác liệt của trận đánh, Chính ủy Đoàn Khuê đã thể hiện bản lĩnh chính trị vững vàng, luôn bám sát chiến trường, kịp thời, quyết đoán, kiên quyết tiến công tiêu diệt địch, góp phần làm nên chiến thắng.
Tranh thủ thời cơ, Trung đoàn 108 (thiếu Tiểu đoàn 19) được giao nhiệm vụ tiến ngay lên Bắc Kon Tum tiêu diệt các cứ điểm địch ở hai huyện Đắk Tô, Đắk Glei. Khi tỉnh Kon Tum được giải phóng, Trung đoàn 108 có nhiệm vụ củng cố vùng giải phóng Kon Tum. Qua hai tháng hoạt động, đơn vị đã xây dựng cơ sở trong 109 làng, gọi hàng gần 800 tên lính ngụy và tề gian, thu hàng nghìn khẩu súng các loại và đạn dược, vật chất quân sự. Cùng với hoạt động xây dựng cơ sở, cuối tháng 3-1954, Trung đoàn 108 tổ chức phục kích giao thông trên Đường 19 từ An Khê đi Thượng An, tiêu diệt địch ở Thượng An, Đầu Đèo.
Ngày 7-5-1954, quân và dân ta giành thắng lợi vang dội tại Điện Biên Phủ. Phát huy tinh thần Chiến thắng Điện Biên Phủ, trên khắp các chiến trường, ta đẩy mạnh tiến công tiêu diệt địch. Trên chiến trường Tây Nguyên, Binh đoàn cơ động số 42 của địch tháo chạy khỏi Pleiku về Buôn Ma Thuột. Trung đoàn 108 (thiếu) và một tiểu đoàn của Trung đoàn 803 tổ chức trận địa phục kích tại đèo Chư Đrếch, sẵn sàng tiêu diệt binh đoàn cơ động địch. Trưa 12-7, binh đoàn địch dừng lại chiếm lĩnh các điểm cao ven đường cách đèo Chư Đrếch khoảng 2km và rất thận trọng trước khi tiến quân qua đèo. Ba ngày trôi qua, địch vẫn chưa tổ chức vượt đèo. Lực lượng phục kích do phải chờ lâu nên gặp nhiều khó khăn: Lương thực dự trữ cạn dần, nước sinh hoạt thiếu, điều kiện vệ sinh không bảo đảm... Trước tình hình đó, có ý kiến cho rằng nên chuyển từ phục kích sang tập kích vào đội hình quân địch đang đóng quân dã ngoại. Chính ủy Đoàn Khuê đã kịp thời nắm bắt và chỉ đạo giải quyết tư tưởng nôn nóng của một bộ phận cán bộ, chiến sĩ. Đồng chí còn trực tiếp quản lý, điều hành phân phối gạo hằng ngày, kêu gọi cán bộ, đảng viên, đoàn viên gương mẫu trong gian khó, quyết tâm giữ bí mật, kiên trì khắc phục khó khăn, đói khát, bền bỉ chờ địch để giành thắng lợi. Kết quả, trưa 17-7, khi binh đoàn địch tổ chức vượt đèo Chư Đrếch, đã bị Trung đoàn 108 tiêu diệt. Một lần nữa, với bản lĩnh, tài năng quân sự, chính trị, đồng chí Đoàn Khuê đã cùng với Ban chỉ huy Trung đoàn lãnh đạo, chỉ huy đơn vị hoàn thành xuất sắc nhiệm vụ. Phát huy thắng lợi, đơn vị đang tiến hành củng cố sẵn sàng tiến về Buôn Ma Thuột thì được thông báo: Hiệp định Geneva đã được ký kết, Bộ Tổng Tư lệnh đã ban hành lệnh ngừng bắn. Trung đoàn 108 được lệnh lui quân về đồng bằng, chuẩn bị tập kết ra Bắc...
Trải qua cuộc chiến đấu đầy khó khăn, gian khổ, hy sinh, trực tiếp lãnh đạo, chỉ huy các đơn vị chủ lực của Liên khu 5 đương đầu với thực dân Pháp xâm lược, đồng chí Đoàn Khuê luôn tỏ rõ là một cán bộ cách mạng kiên cường, có bản lĩnh vững vàng, quyết đoán, thể hiện tài năng cả về chính trị và quân sự. Đồng chí đã để lại những dấu ấn sâu sắc trên chiến trường Liên khu 5 trong kháng chiến chống thực dân Pháp.
Thượng tá, TS LÊ VĂN CỬ