בתחילת חודש יוני הובא המידע הנ''ל לקבינט המלחמה, והרמטכ''ל הרצי הלוי וראש השב"כ רונן בר התבקשו להציג תוכנית חילוץ. המודיעין, כך אומרים, נשאר בחשאיות מוחלטת, ולא נדלף אף למפקדים הבכירים בכוחות. בעוד קבינט המלחמה דן באפשרויות, התוכניות והאימונים לקראת המבצע החלו להירקם.
כדי לאמת סופית את המידע, נשלח צוות נוסף של חיילים סמויים, ובו חלקם התחפשו לנשים מכוסות חיג'אב ושמלות שחורות, לנוסיראת. בעודם מתחזים לשתי משפחות עזתיות נפרדות, החלו להגיע עם שתי מכוניות זולות ופשוטות למראה, עמוסות רהיטים ישנים, תחת סיפור כיסוי שהן משפחות שנמלטו מרפיח עקב "הפגזות קטלניות של הצבא הישראלי" ומעוניינות לשכור בית באזור.
כשהצביעו על הבית בו מוחזקת נועה ארגמני, הוציאו כמות נכבדת של מזומנים והציעו לשלם פי שלושה מהמחיר המקובל לדירה בבניין. מקומי שראה את הכסף הציע את סיועו, ותוך שלוש שעות מצא ל"משפחות" בית גדול באותו רחוב של ארגמני, במרחק של 800 מטרים, כאמור, משאר החטופים.
הצוות השני כלל ארבע חיילות מחופשות לנשים ערביות טיפוסיות, כשאחת העמידה פנים כי היא בהיריון ונשאה שקיות מלאות במוצרי מזון ובירקות. הן צעדו בשני זוגות לעבר בניין המגורים סמוך, שם הוחזקו שלושת בני הערובה בקומה השלישית, כאמור, כשמאחוריהן ארבעה מסתערבים חמושים נוספים. על הבית עצמו נשארו חמישה חמושים אחרים כדי לוודא שהצוותים אינם נחשפים.
שלוש שעות לאחר מכן, בשעה שנקבעה מראש, חזרו שני הצוותים לביתם השכור והחלו לעבד את המידע שקיבלו. כעת לא היה ספק: ארבעת החטופים הוחזקו בשני הבתים באזור. מפקד הכוח נתן אישור לישראל כי שני המיקומים שזוהו הינם נכונים.
קבינט המלחמה החל לפעול. 28 לוחמי ימ"מ החלו להתאמן על שני מבנים שנבנו במיוחד לשם שכפול מדויק של שני המבנים שבהם שהו החטופים. לאחר שלושה ימי אימונים, הודיע מפקד הכוח לרמטכ"ל כי הם מוכנים לביצוע הפעולה. כשזה העביר את המידע לשר הביטחון, יואב גלנט, ולאחר מכן גם לרה"מ נתניהו, ניתן אור ירוק להמשיך ולצאת למבצע.
ב-5 ביוני, ליל יום חמישי, נצטוו מרבית מהמסתערבים לעזוב את נוסיראת מבלי לעורר חשד, מלבד ארבעה מתוכם שנותרו במקום כדי לוודא שהחטופים אינם מועברים למקום אחר. רק בשלב זה עודכנו כל חברי הקבינט ומפקדים בכירים ישראלים על המבצע.
החילוץ של השלושה הנותרים, שלא כשל ארגמני, לא עבר חלק ונתקל בקשיים. השלושה, שלומי זיו, אנדריי קוזלוב ואלמוג מאיר ג'אן, הוחזקו בביתו של הרופא ופעיל החמאס, ד"ר אחמד אל-ג'מאל. בדירה שהה גם בנו עבדאללה, מעורכי העיתון הערבי "אלג'זירה".
עובדת הימצאותם של המחבלים הנ''ל לא הייתה ידועה מראש לצוותי המסתערבים, שדיווחו על מיקום מבני החטופים לישראל. ההנחה שהגיעה לאחר מכן היא שהמחבלים הגיעו רק באותו בוקר החילוץ או ערב לאחר מכן, כדי לחזק את השמירה על החטופים.
על אף הכל, לוחמי הקומנדו המשיכו להילחם בהצטרפותם של שאר הלוחמים שהיו מחוץ לדירה. שלושת החטופים הסתתרו בחדרי השירותים של הדירה, מוגנים על ידי מספר לוחמים ישראלים במהלך קרב היריות המתמשך שברקע. לאחר קרב ארוך פנים מול פנים, הצליחות הכוחות הישראלים לחסל את כל המחבלים בדירה. במהלך הירי הרב, שכב ארנון מדמם על רצפת הדירה, כששלושה חובשים ורופא רוכנים עליו תחת אש בניסיון להציל את חייו.
במקביל, בזירה אחרת, עשרות מחבלים הגיחו מהמנהרות שמסביב למבנה והחלו לירות לעבר הכוחות הישראלים במכונות ירי טילי RPG. כוחותינו החלו בדרכם החוצה בריצה בסמטאות המעושנות של שוק נוסיראת העמוס באלפי עזתים שניסו לעשות בהם לינץ', כשהאלונקה בה שוכב זמורה מוחזקת על ידם תוך כדי. תוך שניסו להגיע לרכב החילוץ, נפגעו משני טילי RPG שנורו לעברם.
כוחות התגבור וחיל האוויר הצליחו לבודד את זירת הקרב, וסיפקו נתיב מילוט בטוח לכוח העיקרי שהחזיק באותה עת את שלושת החטופים. בתום קרב ממושך חיסלו הלוחמים הישראלים את כל חמושי האויב בזירה. בחמאס טענו כי במהלך הקרב נהרו 274 פלסטינים, בעוד צה''ל טען ל-104 פלסטינים שנהרגו או נפצעו - כולם מחבלים או אזרחים חמושים ששיתפו פעולה עם ארגון הטרור.
לאחר הקרב הובילו הלוחמים את שלושת החטופים לאחד המסוקים הישראלים, והטיסו אותם לישראל. בינתיים, הפציצו מטוסי חיל האוויר את הדירה ששהו בהם, תוך שניות מספר. שאר החיילים עלו על שני מסוקים אחרים שהמריאו גם הם חזרה לישראל. ניסיונות להחיות את מפקד הכוח ארנון זמורה הוסיפו להימשך במהלך טיסת המסוק הקצרה, אך העלו חרס עם הגיעו לבית החולים, שם נקבע מותו.
התרעות פיקוד העורף