Cuối năm 1424, Lam Sơn quyết định tấn công vào Nghệ An, mở rộng vùng giải phóng, và nói theo cách nói của tướng Nguyễn Chích là tìm "đất đứng chân”. Hai trong số những tràn đánh lớn của Lanh Sơn ở Nghệ An là trận Trà Lân và trận Khả Lưu. Tướng Phạm Vấn có vinh dự tham gia chỉ huy cả hai trận này. Và, ông đã lập công xuất sắc.
Về diễn biến chung của trận này, sử cũ chép :
“Vua kén chọn đinh tráng, sửa sang khí giới, chỉnh đốn quân ngũ và voi chiến, tiến vào Trà Lân. Gần đến xứ Bồ Lạp thì bất ngờ gặp tướng giặc là Sư Hựu, cùng bọn ngụy tướng là Cầm Bành và Cầm Lạn đem năm ngàn quân chặn ngay phía trước. Lúc ấy lại có bọn Trần Trí, Phương Chính, Lý An và Thái Phúc đem quân đến ở phía sau lưng. Quân ta trước sau đều có giặc mạnh.
Bấy giờ, trời lại gần tối. Vua liền sai đặt phục binh để chờ. Lát sau, quân giặc quả nhiên tới nơi . Vua tung phục binh ra đánh. Quân giặc vỡ to. Ta chém được hai ngàn đầu giặc, bắt được hơn trăm con ngựa. Ngày hôm sau, Vua lại đem quân sĩ và voi chiến xông thẳng vào dinh trại của tướng giặc là Sư Hựu. Quân giặc lại thua to trận nữa. Ta chém được hơn ngàn đầu bao nhiêu quân trang thu được đều đem đốt sạch.
Khi ấy bọn Cầm Bành cứ cố thủ, không chịu theo. Vua vỗ về nhân dân, khuyên nên lo làm ăn, khiến cho ai nấy cũng đều được yên chỗ. Họ cảm kích mà hăng hái cùng. Vua giết giặc Cầm Bành. Suốt hai tháng trời, Cầm Bành cố giữ sơn trại để chờ viện binh, trong khi đó bọn giặc thì hoang mang, vừa ngờ, vừa sợ, không dám tiến đến cứu. Quân sĩ của Cầm Bành oán giận mà làm phản, kéo nhau ra đầu hàng Cầm Bành tự liệu đã đến thế cùng, không thể đợi viện binh được nữa, buộc phải mở cửa ra hàng (4).
Sau khi Cầm Bành đầu hàng, giặc mới bắt đầu kéo đến Trà Lân. Chúng hi vọng sẽ bất ngờ tấn công tiêu diệt tất cả lực lượng Lam Sơn tại địa điểm này. Nhưng, chúng chưa kịp đến Trà Lân thì Lê Lợi đã sai Phạm Vấn, Lê Sát cứng hơn mười vị tướng khác của Lam Sơn đem quân chiếm lĩnh Khả Lưu là cửa ải quan trọng nằm trên đường tới Trà Lân. Kế hoạch bất ngờ của giặc vì thế mà bị tan vỡ ngay khi chưa kịp thực hiện.
Sử cũ chép :
“Ông cùng các tướng giỏi là Lê Sát và hơn mười người khác, (cho quân) xông lên phá thế trận của giặc, đánh tan được chúng, bắt sống được Chu Kiệt, chém được Hoàng Thành, cắt được mấy ngàn tai. Giặc chết đuối đầy sông, quân nhu khí giới chất như núi. Phương Chính chạy vào thành Nghệ An. Quân ta đuổi đến cùng, vây thành ba ngày liền. Bấy giờ, thanh thế (Lam Sơn) lừng lẫy, các châu, huyện ra hàng ... tất cả đều do sức của các ông. Vua phong cho ông hàm Thiếu úy” (5).