Утром 20 августа 1968 г. офицерам был зачитан секретный приказ о формировании главного командования "Дунай". Главкомом был назначен генерал армии И.Г. Павловский, чья ставка была развернута в южной части Польши. Ему подчинялись оба фронта (Центральный и Прикарпатский) и оперативная группа "Балатон", а также две гвардейские воздушно-десантные дивизии. В первый день операции для обеспечения высадки десантных дивизий в распоряжение Главкома "Дунай" выделялось пять дивизий военно-транспортной авиации.

Боевую тревогу объявили в 23.00. По каналам закрытой связи всем фронтам, армиям, дивизиям, бригадам, полкам и батальонам был передан сигнал на выдвижение. По этому сигналу все командиры должны были вскрыть один из пяти хранящихся у них секретных пакетов (операция была разработана в пяти вариантах), а четыре оставшихся в присутствии начальников штабов сжечь не вскрывая. Во вскрытых пакетах содержался приказ на начало операции "Дунай" и на продолжение боевых действий в соответствии с планами "Дунай-Канал" и "Дунай-Канал-Глобус".

Заранее были разработаны "Распоряжения по взаимодействию на операцию "Дунай". Вся боевая техника советского и союзного производства без белых полос подлежала "нейтрализации", желательно без стрельбы. В случае сопротивления бесполосные танки и другая боевая техника подлежали уничтожению без предупреждения и без команд сверху. При встрече с войсками НАТО велено было немедленно останавливаться и без команды не стрелять. Для осуществления операции привлекались 26 дивизий, из них 18 советских, не считая авиации.

В ночь на 21 августа войска СССР, Польши, ГДР, Венгрии и Болгарии с четырех направлений в двадцати пунктах от Цвикова до Немецка в режиме радиомолчания пересекли чехословацкую границу. Из южной части Польши был введен советско-польский контингент войск по направлениям: Яблонец-Кралове, Острава, Оломоуц и Жилина. Из южной части ГДР вводился советско-восточногерманский контингент войск по направлениям: Прага, Хомутов, Пльзень, Карловы Вары. Из северных районов Венгрии входила советско-венгерско-болгарская группировка по направлениям: Братислава, Тренчин, Банска-Бистрица и др. Наиболее крупный контингент войск был выделен от Советского Союза.

Одновременно с вводом сухопутных войск на аэродромы Водоходи (Чехия), Турокани и Намешть (Словакия), а также на аэродромы под Прагой с территории СССР были переброшены контингенты ВДВ. 21 августа в 3 час. 37 мин. десантники на двух головных самолетах 7-й военно-транспортной дивизии уже высаживались из АН-12 на аэродроме Рузине под Прагой и в течение 15 минут блокировали основные объекты аэродрома. В 5 час. 10 мин. высадилась разведрота 350-го парашютно-десантного полка и отдельная разведрота 103-й воздушно-десантной дивизии. В течение 10 минут они захватили аэродромы Туржани и Намешть, после чего началась спешная высадка основных сил. По словам очевидцев, транспортные самолеты совершали посадку на аэродромы один за другим. Десант спрыгивал, не дожидаясь полной остановки. К концу взлетно-посадочной полосы самолет оказывался уже пуст и тут же набирал ход для нового взлета. С минимальным интервалом сюда стали прибывать другие самолеты с десантом и военной техникой.

На боевой технике и захваченных гражданских автомобилях десантники уходили в глубь территории, и к 9.00 ими были блокированы в г. Брно все дороги, мосты, выезды из города, здания радио и телевидения, телеграф, главпочтамт, административные здания города и области, типография, вокзалы, а также штабы воинских частей и предприятия военной промышленности. Командиров ЧНА просили сохранять спокойствие и соблюдать порядок.

Спустя четыре часа после высадки первых групп десантников важнейшие объекты Праги и Брно оказались под контролем союзных войск. Основные усилия десантников направлялись на захват зданий ЦК КПЧ, правительства, министерства обороны и генерального штаба, а также здания радиостанции и телевидения. По заранее разработанному плану к основным административно-промышленным центрам ЧССР направлялись колонны войск. Соединения и части союзных войск размещались во всех крупных городах. Особое внимание уделялось охране западных границ ЧССР.

200-тысячная чехословацкая армия (около десяти дивизий) не оказывала практически никакого сопротивления. Она оставалась в казармах, выполняя приказ своего министра обороны, и до конца событий в стране оставалась нейтральной. Среди населения, главным образом в Праге, Братиславе и других крупных городах, проявлялось недовольство происходящим. Протест общественности выражался в сооружении баррикад на пути продвижения танковых колонн, действиях подпольных радиостанций, распространении листовок и обращений к чехословацкому населению и военнослужащим стран-союзниц. В отдельных случаях имели место вооруженные нападения на военнослужащих введенного в ЧССР контингента войск, забрасывание танков и прочей бронетехники бутылками с горючей смесью, попытки вывести из строя средства связи и транспорт, уничтожение памятников советским воинам в городах и селах Чехословакии.

Стремительный и согласованный ввод войск в ЧССР привел к тому, что в течение 36 часов армии стран Варшавского Договора установили полный контроль над чехословацкой территорией. Однако, несмотря на очевидный военный успех, достичь политических целей не удалось. Лидеры КПЧ, а вслед за ними XIV чрезвычайный съезд партии уже 21 августа выступили с осуждением ввода союзных войск. Представители консервативно настроенной группы делегатов на съезде не были избраны ни на один из руководящих постов в КПЧ.

21 августа группа стран (США, Англия, Франция, Канада, Дания и Парагвай) выступила в Совете Безопасности ООН с требованием вынести "чехословацкий вопрос" на заседание Генеральной Ассамблеи ООН, добиваясь решения о немедленном выводе войск стран Варшавского Договора. Представители Венгрии и СССР проголосовали против. Позже и представитель ЧССР потребовал снять этот вопрос с рассмотрения ООН. Ситуация в Чехословакии обсуждалась также в Постоянном совете НАТО. С осуждением военного вмешательства пяти государств выступили правительства стран социалистической ориентации — Югославии, Албании, Румынии, Китая. В этих условиях СССР и его союзники были вынуждены искать выход из создавшегося положения. В Москве начались переговоры (23 — 26 августа) между советским и чехословацким руководством. Их итогом явилось совместное коммюнике, в котором сроки вывода советских войск ставились в зависимость от нормализации обстановки в ЧССР.

В начале сентября наметились первые признаки стабилизации обстановки. Результатом стал отвод войск стран-участниц из многих городов и населенных пунктов ЧССР в специально определенные места дислокации. Авиация сосредоточивалась на выделенных аэродромах.

Поводом для продления пребывания контингента войск на территории ЧССР служила не только сохранявшаяся внутриполитическая нестабильность, но и повышенная активность НАТО у чехословацких границ, которая выражалась в перегруппировке войск блока, размещенных на территории ФРГ в непосредственной близости от границ ГДР и ЧССР, в проведении различного рода учений.

16 октября 1968 г. между правительствами СССР и ЧССР был подписан договор об условиях временного пребывания советских войск на территории Чехословакии, согласно которому часть советских войск оставалась на территории ЧССР "в целях обеспечения безопасности социалистического содружества". В договоре фиксировались положения об уважении суверенитета ЧССР и невмешательстве в ее внутренние дела. Подписание договора стало одним из главных военно-политических итогов ввода войск пяти государств, удовлетворивших руководство СССР и ОВД. 17 октября 1968 г. начался поэтапный вывод союзных войск с территории Чехословакии, который завершился к середине ноября.

Несмотря на то, что при вводе войск стран Варшавского Договора боевые действия не велись, потери имелись. Так, входе передислокации и размещения советских войск (с 20 августа по 12 ноября) в результате действий враждебно настроенных лиц погибло 11 военнослужащих, в том числе один офицер; ранено и травмировано 87 советских военнослужащих, в том числе 19 офицеров. Кроме того, погибло в катастрофах, авариях, при неосторожном обращении с оружием и боевой техникой, в результате других происшествий, а также умерло от болезней — 87 человек. В донесениях и отчетах того времени можно было прочесть такие строки: "Экипаж танка 64 мсп 55 мед (старшина сверхсрочной службы Андреев Ю.И., младший сержант Махотин Е.Н. и рядовой Казарик П. Д.) на пути движения встретили организованную контрреволюционными элементами толпу молодежи и детей. Стремясь избежать жертв со стороны местного населения, они приняли решение на обход его, во время которого танк опрокинулся. Экипаж погиб".

В результате ввода войск в ЧССР произошла кардинальная смена курса чехословацкого руководства. Был прерван процесс политических и экономических реформ в стране. На апрельском (1969 г.) пленуме ЦК КПЧ первым секретарем был избран Г. Гусак. В декабре 1970 г. ЦК КПЧ принял документ "Уроки кризисного развития в партии и обществе после XIII съезда КПЧ", осуждавший в целом политический курс А. Дубчека и его окружения.