不过，事态在转瞬间发生了改变。8月20日晚11时，布拉格机场接到一架苏联民航机信号“机械事故，要求迫降”。客机一降落，数十名苏军突击队员冲出机舱迅速占领机场。几分钟后，苏第24空军集团军巨型运输机开始降落，一分钟一架。一小时后，一辆苏联大使馆的汽车引路，苏军空降师直扑布拉格。
与此同时，苏陆军总司令帕夫洛夫斯基大将指挥4个苏军装甲师、1个空降师、1个东德师从波兰直捣布拉格。驻德4个苏军师、1个东德师切断捷西部边界。驻匈苏军8个师、匈军2个师、保加利亚军一部从南部进攻。苏波合成军4个师进攻北部。同时，苏军对北约与捷军开始全面电子压制。
21日拂晓，苏军占领布拉格，逮捕杜布切克。在进攻开始6小时后，苏军控制了捷克全境。几十万捷军被全部缴械，北约也没来得及作出任何反应。
这是苏军一次典型方面军群进攻战役。西方向主攻，西南方向配合，共动用4个方面军、1个坦克集团军、4个诸兵种合成集团军、26个师，约30万人。但由于进攻过快，两个战略方向的后备坦克集团军群均未出动，只动用了各集团军、师、团的直属坦克，共有9000余辆坦克和8000余辆装甲运输车。