越南戰爭，是澳洲捲入時間最長和最具有爭議性的戰爭。從1962年到1972年，澳洲累計出兵6萬多人到越南參戰，最高峰時部署了7000多人在越南。整個越戰期間，總共有500多澳軍士兵戰死，3000多人受傷。

1962年，介於南越局勢惡化，總統吳庭豔請求美國及其盟國派遣作戰部隊到越南。而澳洲，作為美國盟友、東南亞條約組織成員和美新澳安全條約成員，自然積極響應美國號召。當年，一支30人的澳洲陸軍訓練軍官團就抵達南越。不久，澳洲皇家空軍的運輸機也出現在南越頭頓。但在越戰的前幾年，澳洲只是派出了工程部隊和醫療部隊。

1965年，美國海軍陸戰隊兩個營在峴港登陸，越戰由“特種戰爭”升級為“區域性戰爭”。由於認為越共在印度支那半島的勝利也是對自身的威脅，澳洲宣佈派遣一個步兵營到越南。當年6月，澳洲皇家步兵團第1營就抵達南越，該營主要在邊和地區附近掃蕩作戰。

1966年，澳洲又派出一個陸軍特遣隊到越南，包括2個步兵營和一個裝甲中隊。澳洲皇家空軍在越南部署了幾個中隊的堪培拉轟炸機、馴鹿運輸機和休伊直升機，澳洲皇家海軍也派出了一艘驅逐艦。

在馬來西亞，跟隨英軍鎮壓馬共的戰鬥中，澳洲軍隊也獲得了叢林戰和反游擊戰經驗。因此，澳軍在越南的反游擊戰術與美軍截然不同，而是與英軍在馬來西亞的戰術相似，包括在叢林中巡邏、伏擊、反伏擊、搜尋村莊，但是並不像美軍那樣仗著火力優勢破壞村莊。為了不引起當地人的反感，澳軍避免把越南平民捲入戰鬥，同時在掃蕩中儘量把民眾的傷亡減到最小。

澳軍一般以連排級部隊投入戰鬥，在叢林中追蹤、伏擊越共遊擊隊。在叢林中巡邏時，擅長伏擊的澳軍表現的更有耐心，非常的小心謹慎，同時避免暴露自己。有時候，在1英里的地區要持續巡邏好幾個小時，每前進幾步就會停下來仔細觀察，直到確認安全後再繼續前進。

駐越美軍總司令韋斯特摩蘭就多次抱怨澳軍作戰不夠積極主動，但澳軍卻並不認同美軍對重火力的迷信。和美軍的作戰思路不同，澳軍也沒有把消滅的越共數量作為勝利的標準。

在1966年8月的龍潭戰鬥中，很好的體現了澳軍的強悍戰鬥力。當時，北越1個團2000多人圍攻澳軍一個步兵連。由於傾盆大雨，澳軍無法獲得空中火力支援，直升機僅僅投下了補給彈藥。在後方美軍155毫米和105毫米榴彈炮的遠端火力支援下，最終澳軍以18死、24傷的代價，打死北越200多人。隨後美軍繳獲的記錄表明，北越在龍潭總共傷亡超過了1000人，澳軍該連也獲得美國總統集體嘉獎令。

由於並沒有摧毀越共的後勤補給路線，澳軍在越南的戰術也差強人意。在1968年的春節攻勢中，儘管澳軍特遣隊繼續以較小的代價大量殺傷越共，但是和美國一樣，澳洲參加越戰的信心已經開始動搖。

1971年底，澳洲開始從越南逐步撤軍。到1973年，除了保衛領事館的士兵，澳軍作戰部隊全部從越南撤出。

在1975年越戰最後的日子裡，澳洲皇家空軍的大力神運輸機仍然在西貢新山一機場頻繁起降，把澳洲人和一些越南人運送到馬來西亞。直到4月25日，北越大軍逼近西貢，最後一批澳洲使館工作人員才乘坐澳空軍的運輸機撤離越南。