מבצע נועז בלב רצועת עזה, בשני מתחמים סמוכים במקביל: חילוץ החטופים נועה ארגמני, אלמוג מאיר, אנדרי קוזלוב ושלומי זיו מנוסיראת שברצועת עזה היום (שבת) בוצע באור יום, ובמהלכו נפצע אנושות פקד ארנון זמורה, ולאחר מכן מת מפצעיו.

לפי דיווחים פלסטיניים, במבצע היו גם נפגעים פלסטינים רבים. סוכנות הידיעות הפלסטינית מען דיווחה על 210 הרוגים במבצע וכ-400 פצועים. לא פורסם כמה מהם היו אנשי חמאס.

המבצע החל בשעה 11:00 בבוקר והיה משולב לצה"ל, שב"כ, ימ"מ חיל האוויר וחיל הים. בשלב ראשון ניתנה מכת אש גדולה, ובמקביל החלו כוחות קרקעיים של צה"ל לפשוט על שוק נסיראת.

שני המבנים שבהם הוחזקו ארבעת החטופים היו במרחק כ-200 מטר זה מזה. ההחלטה לפעול בשני המבנים במקביל נבעה מהסמיכות ביניהם, ומהחשש שאם יבחרו לפעול רק במבנה אחד, המחבלים שנמצאים במבנה השני יחושו בהתרחשויות ויהרגו את החטופים שמוחזקים אצלם.

בדירה שבה הוחזקו מאיר, קוזלוב וזיו התנהל קרב קשה ומורכב. בקרב הזה נפצע אנושות פקד ארנון זמורה, מאש מחבלים, בזמן שהוביל את הצוות בפיקודו בפריצה אל המבנה. מגורם צבאי נמסר כי זמורה גילה גבורה אדירה, והיה ניסיון ממושך להשאיר אותו בחיים, אך בסופו של דבר נאלצו לקבוע את מותו בבית החולים.

המחבלים הפעילו אש כבדה ⁠במהלך כל שלב ניתוק המגע והחילוץ מהמבנה. הם ירו RPG על הכוחות ועל החטופים מתוך הסמטאות, ולכן הלוחמים נדרשו להפעיל אש כבדה לעברם, כולל תקיפות של חיל האוויר. מהירי בסמטאות נהרגו גם אזרחים עזתים רבים. על פי משרד הבריאות של חמאס, כ-150 עזתים נהרגו במהלך המבצע.

לאחר שרכב החילוץ ספג אש הוא נתקע. למקום קפצו מספר גדודים של אוגדה 98 שנערכו מראש לתרחיש הזה, כדי לחלץ תחת אש את החטופים ואת הכוחות משם. גם מסוקי חילוץ הגיעו למקום, תוך שטילי קרקע אוויר משוגרים לעברם בניסיון להפיל אותם.

לפי דובר צה"ל, מדובר ב"אופרציה מאוד מורכבת ומסובכת", שהמודיעין אליה נאסף במשך שבועות. לפי גורמים מעורים במבצע, השב"כ השיג מודיעין על מצב החטופים ומיקומם, וגורמי הביטחון המתינו לתנאים המאפשרים את המבצע. הגרי מסר כי רק בדקות האחרונות לפני ביצוע המשימה, ב-11:00, ניתן אישור סופי מהרמטכ"ל וראש שב"כ. חמאס החביא את החטופים בבתים עם אזרחים.

גורמים מעורים אומרים גם שהמבצע דומה באופיו לזה שבו חולצו בפברואר לואיס הר ופרננדו מרמן מרפיח: כניסת כוח מיוחד לשטח שאין בו פעילות קרקעית, כך שהכוח חילץ את החטופים במהירות ונסוג מהשטח. נקודות דמיון נוספות: תקיפות רבות סימולטנית ובעצימות גבוהה באיזור החילוץ, ודיווחים על עשרות הרוגים עזתים בהן; הבאת החטופים לנקודה שבה מחכה מטוס חיל האוויר שמטיס אותם לישראל.