Thi hành quyết định trọng tài được hiểu là việc các bên đương sự thực thi quyết định trọng tài trên thực tế. Do bản chất của trọng tài là sự tự nguyện nên sau khi quyết định trọng tài được đưa ra thì các bên phải tự nguyện thực hiện quyết định đó trong một khoảng thời gian nhất định, trừ trường hợp một trong các bên làm đơn yêu cầu tòa án hủy quyết định trọng tài. Trong thời hạn 30 ngày, kể từ ngày hết thời hạn thi hành quyết định trọng tài, nếu một bên không tự nguyên thi hành và cũng không yêu cầu hủy theo quy định Điều 50 của Pháp lệnh Trọng tài thương mại năm 2003 thì bên được thi hành quyết định trọng tài có quyền làm đơn yêu cầu cơ quan thi hành án cấp tỉnh nơi có trụ sở, nơi trú hoặc nơi có tài sản của bên phải thi hành quyết định trọng tài. Trong trường hợp, một trong các bên có yêu cầu tòa án hủy quyết định trọng tài thì quyết định trọng tài được thi hành kể từ ngày quyết định của tòa án không hủy quyết định trọng tài có hiệu lực.
Tòa án không hủy quyết định trọng tài, tức là tòa án đã công nhận tính hợp pháp của quyết định trọng tài. Khi xét đơn yêu cầu hủy quyết định trọng tài, hội đồng xét xử không xét lại nội dung vụ tranh chấp mà chỉ kiểm tra các giấy tờ do nguyên đơn cung cấp để xem có căn cứ hủy quyết định trọng tài hay không. Nếu có căn cứ để hủy quyết định trọng tài theo Điều 54 Pháp lệnh Trọng tài thương mại, Hội đồng xét xử sẽ ra quyết định hủy quyết định trọng tài, các bên có quyền đưa vụ tranh chấp đó ra giải quyết tại tòa án, nếu không có thỏa thuận khác. Nếu không có căn cứ để hủy quyết định trọng tài, Hội đồng xét xử sẽ ra quyết định không hủy quyết định trọng tài. Trong trường hợp này, quyết định trọng tài sẽ phải được thi hành, theo yêu cầu của bên được thi hành án.
Như vậy, quyết định trọng tài sẽ được cưỡng chế thi hành nếu quyết định này là hợp pháp. Tính hợp pháp của quyết định trọng tài được thừa nhận khi không có đơn yêu cầu hủy quyết định trọng tài hoặc yêu cầu hủy quyết định trọng tài bị bác thông qua quyết định không hủy quyết định trọng tài của tòa án.
Trên đây là một số quy định của pháp luật Việt Nam về giải quyết tranh chấp thương mại quốc tế bằng trọng tài. Nó đã thể hiện những cố gắng, nỗ lực rất lớn của Việt Nam trong việc hoàn thiện môi trường pháp lý cho trọng tài nói chung và trọng tài thương mại quốc tế nói riêng ngày càng phát triển, đồng thời thể hiện sự mong muốn hòa nhập của Việt Nam với toàn thế giới.