Lễ hội có quy mô cấp vùng do ủy ban nhân dân huyện Định Hóa chủ trì tổ chức; có sự phối hợp của các ngành liên quan của tỉnh. Các đơn vị tham gia lễ hội gồm các xã, thị trấn và một số cơ quan thuộc huyện Định Hóa, một số đoàn văn hóa, văn nghệ các huyện bạn; Trung tâm Văn hóa và Trung tâm dịch vụ thi đấu thể thao tỉnh.
Ngoài các nghi thức tín ngưỡng dân gian mang ý nghĩa phồn thực theo quan niệm truyền thống của đồng bào các dân tộc địa phương, lễ hội ATK Định Hóa còn là nơi diễn ra các nghi thức dâng hương tưởng nhớ chủ tịch Hồ Chí Minh – Người đã có nhiều năm tháng ở và làm việc tại ATK Định Hóa để cùng Trung ương Đảng, Chính phủ lãnh đạo toàn dân tộc Việt Nam kháng chiến chống thực dân Pháp thắng lợi.
Phần lễ diễn ra trang trọng gồm 3 lễ chính. Thứ nhất là lễ dâng hương tưởng nhớ công đức chủ tịch Hồ chí Minh của Tỉnh ủy, Hội đồng nhân dân, UBND, Ủy ban Mặt trận Tổ quốc Việt Nam tỉnh Thái Nguyên tại Nhà tưởng niệm Chủ tịch Hồ Chí Minh trên đỉnh đèo De. Thứ 2 là lễ cầu mưa, cầu mùa tổ chức theo truyền thống dân gian, do thầy Tào làm chủ lễ tổ chức tại một thửa ruộng lúa dưới chân đèo De, kết thúc với nghi thức xuống đồng cày bừa mở đầu một vụ nông của một năm mới. Thứ 3 là khai mạc lễ hội lễ hội Lồng Tồng ATK Định Hóa của lãnh đạo UBND huyện Định Hóa.
Phần hội diễn ra tại sân tổ chức lễ hội ATK Định Hóa, thường kéo dài suốt 2-3 ngày, với nhiều cuộc thi, nhiều trò chơi diễn ra liên tục thu hút hàng ngàn người tham gia và thưởng thức. Đó là các cuộc thi: trại đẹp, trình diễn trang phục dân tộc, đồ xôi, giã bánh dày, bày cỗ, ném còn, kéo co, đi cà kheo, bắn nỏ, đấu bóng chuyền, bóng đá. Một số trò chơi dân gian cũng thu hút đông người cổ vũ như: bịt mắt bắt dê, bắt trạch trong chum, bịt mắt đập niêu đất, đánh đu; hoạt động biểu diễn của phường rối tày Thẩm Rộc và các đội, nhóm gát then, hát lượn, hát Pá Dung...
