Năm 1972, Phó tiến sĩ Lâm Ngọc Thiềm – giảng viên khoa Hóa, trường Đại học Tổng hợp có tên trong danh sách đi bộ đội. Tháng 5 năm 1972, ông lên đường nhập ngũ và được phân về Sư đoàn 338B đóng quân tại Thanh Hóa. Ngay khi gia nhập Sư đoàn 338B, ông Thiềm được phát hai bộ quần áo, 2 đôi giày, một chiếc mũ, ba lô và chăn. Như ông tâm sự: Ở tuổi 32 là độ tuổi sống thiên về lý tưởng. Hòa chung khí thế hừng hực của cuộc kháng chiến chống Mỹ cứu nước, tôi khoác trên người chiếc áo lính mà cảm thấy tự hào[1].
Các tân binh của Sư đoàn 338B được phiên chế thành nhiều tiểu đội để luyện tập. Chưa quen với đường dài, nắng mưa, thời tiết khắc nghiệt xứ Thanh, binh nhì Lâm Ngọc Thiềm cùng các đồng đội phải luyện tập cả ngày và đêm. Ban ngày luyện tập lăn lê, bò toài, đánh công đồn, đánh giáp lá cà, đánh vu hồi…; đêm thì đeo sọt tre đựng gạch nặng 35kg trên vai băng rừng, để rèn luyện sức dẻo dai chịu đựng cho những cuộc hành quân vượt Trường Sơn. Sau hơn 2 tháng luyện tập, ông Thiềm được phân về Sư đoàn 363 thuộc Quân chủng Phòng không – không quân tại Hải Phòng, đơn vị làm nhiệm vụ bảo vệ vùng trời phía đông của Thủ đô Hà Nội. Do phải đeo sọt nặng trong thời gian tập luyện nên cả hai chiếc áo được cấp phát đợt tháng 5-1972 đều bị sờn vai. Hai bộ quần áo này gắn bó với nhiều sự kiện quan trọng trong suốt những năm tháng trong quân ngũ của GS.TS Lâm Ngọc Thiềm.
Tại Sư đoàn 363, binh nhì Lâm Ngọc Thiềm được phiên chế về Đại đội 512, Trung đoàn 252 pháo cao xạ phòng không, đảm nhận vị trí pháo thủ số 3. Từ tháng 8 đến tháng 11 năm 1972, đơn vị của ông tham gia đánh trả 14 đợt tấn công của quân đội Mỹ bắn phá các mục tiêu xung yếu của ta tại thành phố Hải Phòng.
Tháng 9-1972, ông nhận lệnh chuyển công tác về Tiểu đoàn 5, Trung đoàn 238, Đoàn Hạ Long. Vào một buổi sáng tháng 10 năm 1972, nhận được lệnh chuẩn bị đón tiếp đoàn khách đến thăm, ông Thiềm cùng đồng đội mặc quânn phục chỉnh tề, đầu đội mũ sắt và được đưa tới trước cổng Nhà máy Xi măng Hải Phòng. Ông Thiềm được xếp đứng ở hàng đầu. Vị khách hôm đó là Tổng bí thư Lê Duẩn đến thăm trận địa pháo 57 của Đại đội 512. Tổng bí thư vỗ vai binh nhì Lâm Ngọc Thiềm và hỏi, đại ý là từ thầy giáo mà trở thành chiến sĩ thì cảm nghĩ thế nào. Vì không được chuẩn bị trước nên ông Thiềm có phần lúng túng, liền đọc 4 câu thơ mới sáng tác và được in trên tờ báo tường của Tiểu đoàn 5, Trung đoàn 238, Đoàn Hạ Long:
Hôm qua trên bục cùng học sinh
Bảng đen tôi viết những phương trình
Hôm nay chững chạc màu quân phục
Quen dần nếp sống một chiến binh.
Nghe xong 4 câu thơ, ông Lê Duẩn cùng tất cả bộ đội đều vỗ tay. Cuộc gặp hôm ấy diễn ra khoảng 30 phút. Ông Thiềm cho rằng: Có lẽ, đó là chuyến thăm để động viên tinh thần quân lính và dự báo trước cho một trận chiến khốc liệt sắp diễn ra – trận Điện Biên Phủ trên không[2].
Trong trận Điện Biên Phủ trên không 12 ngày đêm, ông được giao nhiệm vụ nạp nhiên liệu lỏng vào hai tầng của mỗi quả tên lửa. Sau Hiệp định Paris 1973, ông chuyển sang Đại học Kỹ thuật quân sự (nay là Học viện Kỹ thuật Quân sự) công tác, đến năm 1977 ông về lại trường Đại học Tổng hợp.
Tổng cộng 5 năm ở trong quân đội, ông Lâm Ngọc Thiềm được phát 10 bộ quần áo (mỗi năm 2 bộ). Tuy nhiên, bộ quần áo do Sư đoàn 338B phát tháng 5 năm 1972 được ông gìn giữ và trân trọng đặc biệt. Năm 2004, kỷ niệm 50 năm chiến thắng Điện Biên Phủ, ông Thiềm lại mặc bộ quần áo này khi đến thăm nghĩa trang đồi A1. Và đó cũng là lần cuối cùng ông khoác lên người bộ quần áo lính này. Sau đó, ông cất bộ quần áo cẩn thận trong tủ cá nhân. Ngày 29-9-2020, sau nhiều lần suy nghĩ, ông tặng Trung tâm Di sản các nhà khoa học Việt Nam chiếc áo. Sau nhiều đêm trăn trở, ngày 8-10-2020 ông quyết định tặng chiếc quần cho Trung tâm. Ông thổ lộ: Đó là những kỷ vật cuối cùng của đời lính. Bộ quần áo này cùng với tôi trải qua thời khắc lịch sử không có lần thứ hai – tham gia trận Điện Biên Phủ trên không[3].