در آغاز عملیات «والفجر ۱۰» در جبهه شمال و تصرف شهر حلبچه، هواپیماهای عراقی با استفاده از عناصر شیمیایی گاز خردل، اعصاب و سیانور، این شهر و روستاهای اطراف آن را بمباران کردند که در نتیجه آن، بیش از ۹ هزار نفر تحت تأثیر عوامل شیمیایی قرار گرفتند و پنج هزار نفر از آنها شهید شدند. در پی این حادثه، روزنامه انگلیسی گاردین، حمله شیمیایی به حلبچه را بزرگ‌ترین جنایت جنگی عراق در جنگ علیه ایران دانست و نوشت: دو انگیزه وقوع این عمل وقیحانه را موجب شد: یکی ضربه‌زدن به نیروهای ایرانی در حال پیشروی و دیگری سرکوب اقلیت مورد غضب کُرد.
در پی حمله شیمیایی به حلبچه، وزارت امور خارجه ایران از دبیرکل سازمان ملل خواست تا هیئتی را برای تحقیق به منطقه اعزام کند، اما او اعلام کرد از آنجا که حلبچه جزء قلمرو ایران نیست، مانع حقوقی برای اعزام هیئت تحقیق به این شهر وجود دارد. به این ترتیب بزرگ‌ترین جنایت‌های جنگی عراق در شورای امنیت نادیده گرفته شد و سال ۱۳۶۶ در حالی پایان یافت که فاجعه حلبچه به مبحث روز رسانه‌های گروهی جهان تبدیل شده بود. هرچند سومین دوره استفاده عراق از سلاح‌های شیمیایی به صورت وسیع از ابتدای سال ۱۳۶۷ آغاز شد و تا پایان جنگ ادامه یافت، اما این شیوه به صورت محدود در سال ۱۳۶۵ در استراتژی دفاع متحرک عراق و تصرف مهران به کار گرفته شده بود. به گزارش ایسنا، در دور سوم، ارتش عراق موفق شد ضعف‌های تاکتیکی خود در شیوه استفاده از گازهای سمی را رفع کند و با دستیابی به عوامل شیمیایی مضاعف یا ترکیبی از آنها به‌منزله سلاحی تهاجمی برای بازپس‌گیری مناطق تحت تصرف نیروهای ایران بهره گیرد.
نیروهای عراقی با استفاده گسترده از این‌گونه سلاح‌ها به‌منزله آتش پشتیبانی نیروهای عمل‌کننده خود، موفق شدند در خلال چند ساعت، بندر فاو را از دست نیروهای ایران خارج کنند. منابع خارجی تعداد تلفات نیروهای ایرانی را در این حمله پنج هزار شهید دانستند که مبالغه‌آمیز به نظر می‌رسد. دومین حمله عراق در ماه مِی سال ۱۹۸۸ (خرداد ۱۳۶۷) در منطقه عملیاتی کربلای پنج در شلمچه رخ داد که طی آن، عراقی‌ها با توسل به گازهای شیمیایی موفق شدند نیروهای ایران را از بخشی از مناطق تحت کنترل عقب برانند. در این عملیات، از عوامل گاز خردل و اعصاب به طور گسترده استفاده شد. در ماه بعد، عراقی‌ها با دو حمله هم‌زمان در مهران و جزایر مجنون، بارانی از گازهای شیمیایی را روی نیروهای ایران ریختند و آنان را به تخلیه مواضع خود در داخل خاک عراق مجبور کردند.
