על-פי תוכנית המבצע נקבע שלוד תיכבש בפעולה משולבת של הגדוד השלישי וחטיבה שבע. מכיוון שחטיבה שבע לא הגיעה במועד, הוחלט להכניס לפעולה את גדוד 89 מחטיבה 8 (בפיקוד משה דיין).
ב- 11.7 ביצע הגדוד פריצה בכלי רכב לתוך לוד ואחר-כך המשיך לרמלה וחזר לבן-שמן. הפריצה הפתיעה את האוייב, אך בקרבות שניהל הגדוד עם כוחות האוייב בעמדותיהם נהרגו 9 , 17 נפצעו ורבים מכלי הרכב ניזוקו. לא עלה בידי הגדוד לכבוש את העיר ולהיאחז בה, אך פריצתו לתוכה גרמה להלם זמני בקרב הלוחמים הערביים בחלק הדרומי של לוד.
לאחר שגדוד 89 יצא מן העיר, ניתנה הוראה לגדוד השלישי להיכנס לעיר לוד, ולנצל את התדהמה והבלבול שעוררה הפשיטה הנ"ל בקרב ערביי העיר. הגדוד נכנס לעיר, ובסיוע פלוגה מהגדוד הראשון החל להשתלט על מרכז העיר ולהתבסס בו. ישעיהו (שייקה) גביש סימן אזור של ארבעה רחובות גדולים, ואותו סגרו בעמדות היקפיות, כדי למנוע כניסת רכב משוריין לעיר. ניתנה פקודה ללוחמים שהתבצרו באזור המוגן: לירות לעבר כל מקומי שיסתובב ברחובות, או ייראה בבתים הסמוכים - ברכב או ברגל.
בהמשך, הורחב שטח השליטה: העיר נסרקה והגברים כונסו לכנסיות ולמסגדים. בשעה 21:00 הוכרז על עוצר-לילה. אנשי הגדוד השלישי ידעו כי אין בידם די נשק שיוכל לפרוץ את המשטרה בדרום העיר, על כן הוחלט שלא לתקוף את המשטרה, אלא לסגור אותה משלושה כיוונים.בקרב ערביי שתי הערים הופץ כרוז בזו הלשון:צבאנו כבש את כל הכפרים סביב הערים. כל הדרכים חסומות ואתם מוקפים. הצבאות הערביים בגזרות האחרות מוכים ע"י צבאנו ואין לכם כל סיכוי לקבל עזרה.
תוכניתנו היא לכבוש את הערים לצורכי הגנה. אין לנו כוונה לפגוע בנפש וברכוש. כל מי שינסה להתנגד - מות יומת. הבוחר בחיים - ייכנע, ונפשו תהיה לו לשלל - הוא ובני-ביתו.
המפקדים שלנו מוכנים לקבל את משלחות-הכניעה שלכם. משלחת רמלה יכולה להגיע בשעות היום, ברגל, לאל-בריה, כשדגל לבן מונף בידם. משלחת לוד תגיע לג'ימזו באותה צורה. אם לא תיכנעו, תכבד עליכם המלחמה, ועל מנהיגיכם תחול האחריות לדמכם שישפך ולרכושכם שייהרס.מפקד צבא ישראל בגיזרת לוד-רמלה נכבדי הערים הביעו רצונם להיכנע באופן מסודר וחלק גדול מחיילי הליגיון שהיו מוצבים בהן נטשו בסתר מזרחה ועברו את הקווים. ב- 11.7 בשעה 10:00 נכנעה רמלה. אנשי 'קרייתי' החלו לרכז את הגברים במכלאות, לקראת העברתם למחנה-שבויים. במקביל החלו בחיפושי נשק והחרמתו. בבוקר ה- 12.7 הושלמה פריסת הגדוד השלישי בלוד, עיר שהתגוררו בה 35 אלף תושבים:
פלוגה א' - בצפון-מערב העיר, בסביבת השוק; פלוגה ב' - ליד הכביש לבן-שמן; פלוגה ג' - ממערב למשטרה, שבה עדיין נמשכה התנגדות של כ- 70 חיילי ליגיון; הפלוגה מהגדוד הראשון - מצפון למשטרה.
כל עוד נמשכה הלחימה מבניין המשטרה, לא הייתה כניעת אנשי העיר שלמה. לפתע, בשעה 11:30 פרצו לעיר שלוש שיריוניות של הליגיון ובמשך 30 דקות ירו תוך כדי תנועה על אנשי הפלמ"ח. הפריצה הציתה התקוממות של התושבים, שהחלו להפעיל נשק מתוך הבתים וברחובות. אחרים ניסו לברוח מן המכלאות. ההתקוממות דוכאה ביד קשה, שגרמה לכ- 250 הרוגים ערבים (ע"פ מקור ערבי - כ- 400). בליל 13.7 חילץ מפקד המשטרה בחשאי את אנשיו ללא נפגעים, בעיקר הודות לכך שהכוח שצר על המשטרה, הותיר בכיוון אחד פתח שממנו יוכלו הערבים לסגת.
בליל 13.7 פנו ראשי הציבור הערבי בבקשה לאפשר להם לצאת מהעיר לוד וללכת מזרחה, לעבר השטח שבשליטת הירדנים. ממטה המבצע הגיעו הוראות מפורטות לגבי האוכלוסיה הערבית: לאפשר יציאתם, אך לא להכריחם; לבצע חיפושים ללא ונדליזם ולמנוע שוד וביזה. היה חששות - מהתפרצות של התנגדות נוספת, מכך שלא יצליחו להשתלט על ההמונים, ומהאפשרות שהליגיון יחל בהתקפת-נגד, עם תושבי הערים שייגררו לפעול יחד עימו. החלה יציאה המונית מלוד ומרמלה. לרשות היוצאים הועמדו משאיות, שהעבירו אותם לתחום שליטת הליגיון ומשם לרמאללה.
נושא הגירוש והביזה הותירו חותם ומשקעים בקרב מפקדים ולוחמים ונדרשה פעילות חינוכית ובירורים משמעתיים, לנוכח ההתפרקות מערכי המשמעת העצמית.
בפעולות לכיבוש לוד וסביבתה נהרגו הלוחמים הבאים: יעקב דרסלר; צבי וייס; מיכאל כהן; מרדכי מנדל; אליהו נשבסקי; דוד עציוני; אורי פריד; אהוד קרון.