หลังจากที่มีการจัดตั้งสาธารณรัฐประชาชนกัมพูชาใน พ.ศ. 2522 เซนได้กลับมาเป็นผู้บัญชาการกองทัพเขมรแดงอีกครั้งเพื่อสู้รบกับกองทัพเวียดนามในสงครามกัมพูชา–เวียดนาม โดยมีฐานที่มั่นที่เทือกเขาบรรทัด ในเดือนสิงหาคม พ.ศ. 2528 พล พตได้ประกาศวางมือ ซอน เซนขึ้นมาเป็นผู้บัญชาการสูงสุดของกองทัพกัมพูชาประชาธิปไตย ในช่วงนี้ เซนได้ติดต่อกับผู้นำกลุ่มอื่น ๆ ในแนวร่วมเขมรสามฝ่าย คือกองทัพปลดปล่อยแห่งชาติประชาชนเขมรที่นำโดยสัก สุตสคานและกองทัพเจ้าสีหนุที่เป็นกองกำลังติดอาวุธของฟุนซินเปก นำโดยพระนโรดม รณฤทธิ์ ซึ่งเขมรแดงเป็นกองกำลังที่ใหญ่ที่สุด