המטרות העיקריות של צה"ל בהגנה על ירושלים הייתה מניעת פריצה ירדנית בקו העירוני, נפילת מובלעת הר הצופים בידי ירדן, ומניעת מחטפים ירדניים בשטחה של ישראל. תוכניות ישראל כללו את תוכנית "סדן" - מגננה, תוכנית "פרגול" - מתקפה ותוכניות "מחטפים". תוכנית "סדן" כללה חסימת צירי התקפה עיקריים, מערך בלימה עמוק והחזקת כוחות להתקפת נגד. תוכנית "פרגול" כללה כיבוש ירושלים והגדה המערבית. בירושלים התוכנית כללה כיבוש מוצבי צפון ומזרח ירושלים עד תל אל-פול ורכס עזרייה והתחברות להר הצופים וכיבוש אוגוסטה ויקטוריה וא-טור. תפקיד חטיבה 16 היה השתלטות על העיר העתיקה ודרום ירושלים עד בית לחם.
עם הגיוס של יחידות החטיבה היא נכנסה למערך "סדן" כאשר גדוד 161 בדרום העיר. גדוד 62 בצפון. גדוד 163 בצפון הפרוזדור וגדודי החי"מ מוצבים בצפון העיר, בדרומה ובדרום הפרוזדור. גדוד 68, יחידת הסיור ופלוגת הטנקים המוגברת היו בעתודה חטיבתית במחנות סטף וצובא.
פיקוד המרכז זיהה את ארמון הנציב כנקודה בעייתית, שכן גם בנקודה זו היו הירדנים יכולים לבצע מחטף מהיר וקל יחסית, ואז הייתה נפתחת לפניהם הדרך להסתערות לכיוון דרום ירושלים. תוכניות המחטפים הירדניים כללו כיבוש הר הצופים וארמון הנציב. בדומה לתכנונים הירדניים היו לחטיבה 16 תכנונים ל'מחטפים' של שטחים אסטרטגיים באזור ירושלים והפרוזדור אליה. המחטפים כללו: כיבוש מוצבי שיך עבדול עזיז מצפון למבשרת ציון בידי גדוד 163; כיבוש מתחם ארמון הנציב, ג'בל מוכבר, ומתחם הפעמון בצור באהר על ידי גדוד 161; כיבוש מוצב מר אליאס ומוצב טבלייה על ידי גדוד 68; כיבוש הר ציון הירדנית ואבו תור על ידי גדוד 62. בתאריך 4.6.67 התקיימה קבוצת פקודות ואישור תוכניות המחטפים במפקדת הפיקוד. למחרת הפעילו הגדודים 161 ו- 163 את התוכניות בצורה זו או אחרת.
פתיחת הקרבות.
מלחמת ששת הימים החלה בבוקר 5 ביוני, כאשר מטוסי חיל האוויר הישראלי המריאו לתקיפת שדות התעופה במצרים, במבצע 'מוקד'. באותה עת, ישראל עדיין קיוותה שתצליח לשכנע את ירדן שלא להתערב במלחמה. בעקבות זאת, בשעות הבוקר העבירה ישראל מסר לירדן, דרך גנרל אוד בול, ראש משקיפי האו"ם בירושלים. במסר הדגישה ישראל כי לא תתקוף את ירדן אם תשמור על השקט, אך אם ירדן תתקוף תגיב ישראל בעוצמה. המסר הועבר גם דרך שגרירות ארצות הברית בעמאן. ואולם, ב-9:27 בבוקר הודיע חוסיין מלך ירדן ברדיו לעמו על תחילת המלחמה מול ישראל. כאשר מסר שגריר ארצות הברית בירדן לחוסיין את המסר מישראל, הגיב חוסיין: "הם החלו בקרב, והם יקבלו את תגובתי מהאוויר. הפור נפל".
דקות ספורות לאחר הכרזתו של חוסיין פתחו הירדנים באש לעבר עמדות הכוחות בקו העירוני ובהר הצופים. אש נפתחה גם לעבר כוח של חטיבה 10 שהיה בסיור לאורך הגבול ליד מבשרת ציון. בשלב הראשון עד הצהרים עיקר המערכה הייתה בקו העירוני בה נשאו פלוגות הקו מגדוד 62 בצפון וגדוד 161 בדרום שהיו תחת פיקוד החטיבה. הר הצופים היה גם הוא תחת אש. בתחילה נצרו החיילים את האש אולם בשעה 10:30 ניתנה הפקודה של אלוף פיקוד מרכז למפקד הקו העירוני בגזרה הדרומית רפי בנבנשתי "להשיב באש בכלים שיורים עליו". כל עמדות הקו פתחו באש על הירדנים כולל עמדות הקו בגזרה הצפונית בפיקוד ניצן רייס מגדוד 62 (ואחרי הצהרים המאוחרים חיים גורי מגדוד 962) ועמדות הכוח בהר הצופים בפיקוד מנחם שרפמן. בשעה 11:30 הכניס מג"ד 161 את פלוגה ג' מהגדוד לעמדות הקו בהר ציון ועמדת אריה באבו תור, ואת פלוגות ב' וה' לחוות הלימוד בשעה 12:30. בהדרגה החלו הכוחות הירדניים לאורך כל הקו העירוני לפתוח באש ארטילרית: תחילה ממרגמות, ומאוחר יותר מתותחים. גם הכנסת נפגעה מההפגזה. האש הירדנית כוונה אל בסיסי צבא ומוסדות שלטון, ובהם מחנה שנלר, מחנה אלנבי, הר הצופים, מקומות הכינוס של חיילי חטיבה 16 ועוד, אך נורתה גם אש תותחים ללא הבחנה לעבר שכונות בעיר. מאש זו נהרגו במשך היום כ-15 מתושבי העיר, וכאלף נפצעו. במשך היום והלילה הצליחה חטיבת ירושלים לפגוע ברוב מקורות הירי הירדניים ולשתק אותם. 11 מחיילי חטיבת ירושלים נהרגו במהלך חילופי האש הללו, מתוך 48 חיילי החטיבה שנהרגו בקרב כולו.
בשעה 11:55 ניתנה הפקודה למפקדי הקו להפעיל את טילי ה-ל' (מטען ל') שנמצאו בעמדות מסוימות. הטילים נועדו להשמיד את העמדות המבוצרות הירדניות שממול. הטילים סופקו והותקנו בעמדות על ידי יחידת יפת"ח מחיל הנדסה קרבית במיוחד למטרת השמדת עמדות של צבא ירדן בקו העירוני. בגזרת אבו תור הופעלו הטילים על עמדות "לולב" ו"אריה" וגרמו להרס העמדות והפסקת הירי הירדני. בגזרה הצפונית הופעלו המטענים בעמדת "תורג'מן" (שער מנדלבאום) והרסו כליל את העמדות הירדניות שהיו ממול. עם הפעלת טילי ה-ל' על ידי העמדות במנדלבאום, הר ציון ואבו תור נחלשה מאוד האש לאורך הקו. הריסת העמדות הירדניות סייעה לכיבוש אבו טור ולחדירה למזרח ירושלים על ידי חטיבה 16 וחטיבה 55.
בישראל העריכו וקיוו בתחילה שהמדובר בירי שנועד לאפשר לירדן "לצאת ידי חובה" בלבד ולכן, בסביבות הצהריים, נעשה ניסיון נוסף מצד ישראל להגיע להפסקת אש, באמצעות משקיפי האו"ם. תחילה סוכם על השעה 12:00 כשעת הפסקת האש, ומשהמשיכה האש נקבע זמן נוסף, ב-13:30. הקצינים הישראליים בוועדת שביתת הנשק ניסו לשכנע את הקצינים הירדניים בוועדה כי חיל האוויר המצרי הושמד, ולפיכך אין טעם במלחמה, אך הקצינים הירדניים סירבו להאמין. עם התגברות הירי הורה הפיקוד לחטיבה 16 להתחיל להשיב אש, ולהניע כוחות שריון אל תוך העיר. זמן קצר לאחר מכן נכבש ארמון הנציב על ידי הירדנים, והניסיונות להגיע להפסקת אש הופסקו.
עם תחילת המלחמה החל המטכ"ל הירדני להניע את חטיבות השריון שהיו בעתודה בבקעת הירדן, והורה לחטיבה 60 הירדנית לנוע לבמת ההר. הפיקוד הירדני העריך לא נכון את כוונותיה של ישראל, והנעת הכוחות נעשתה בדרך לא יעילה: במשך השעות הראשונות של המלחמה קיבלו החטיבות ארבע פקודות תנועה שונות, ברובן סותרות, ששחקו את הטנקים ובזבזו דלק וזמן. בצד הישראלי קיבל פיקוד המרכז אישור להעביר את חטיבה 10, שהייתה העתודה הפיקודית, לפרוזדור ירושלים. שני הצדדים העריכו נכונה שהמטרה העיקרית היא גב ההר: הצד הראשון שיצליח להגיע לבמת ההר, מצפון לירושלים, ינצח במערכה.
בנוסף להנעת חטיבה 10 לכיוון ירושלים, הועברה חטיבה 55 לפיקוד מרכז. חטיבה זו הייתה אמורה לצנוח באזור אל עריש בליל שבין היום הראשון והשני של המלחמה, אך משימתה בוטלה בשל התקדמותה המהירה של אוגדה 84 בציר החוף. בשל כך הועברה החטיבה לפיקוד מרכז ביום הראשון של המלחמה.
מתחמי ארמון הנציב והפעמון בצור באהר.
בצהריי יום 5.6.67 הורה המטכ"ל הירדני על כיבוש השטח המפורז של ארמון הנציב. מייג'ור באדי עווד, מפקד גדוד בחטיבה 27 קיבל פקודה לקחת פלוגה מוגברת, ששה תול"רים, ארבעה טנדרים עם מקלעים כבדים ומחלקת מרגמות ולכבוש את מתחם ארמון הנציב. בשעה 13:35 שלח עווד סיור קדמי לעבר חוות הלימוד. ב-12:30 אשר דר מקדם פלוגות ה' ו-ב' לחוות הלימוד כדי להתכונן להפתעות באזור. הפלוגות נעות ממחנה אלנבי ופלוגה ה' תופסת עמדות הגנה. בשעה 13:30 דיווח ראש משקיפי האו"ם, גנרל אוד בול, כי ארמון הנציב נכבש. באותה זמן הודיעו החיילים הישראליים שהיו בתצפית בחוות הלימוד למפקד הקו, מ"פ ד' מגדוד 161, כי מחלקה ירדנית מתחילה להתקדם לכיוונם. מפקד הקו רפי בנבנשתי הודיע למטה החטיבה ופתח באש מרגמות על מסלול התקדמות היחידה הירדנית. פלוגות ה' וב' בפיקוד בורנשטיין ופרלשטיין פתחו באש מרגמות ומקלעים על הכוח הירדני שירדה מהארמון לכיוון חוות הלימוד ועצרו אותו.
קצין המבצעים של חטיבה 16 רס"ן עמוס נאמן הציע הקמת צוות קרב גדודי למשימת כיבוש הארמון בפיקודו של סא"ל אשר דר מג"ד 161. הצוות היה מורכב: מיחידת הסיור 90 של החטיבה (הסיירת), הכוללת שתי מחלקות על גבי זחל"מים (7 זחל"מים), שתי מחלקות ג'יפי סיור (9 ג'יפים) ומחלקת תול"רים (4 ג'יפים) בפיקוד רס"ן יוסי לנגוצקי; חצי מפלוגת הטנקים המסופחת לחטיבה 16 (8 טנקים), בפיקוד רס"ן אהרון קמארה; פלוגה ה' (פחות מחלקה) מגדוד 161, בפיקודו של אברהם ברנע (בורנשטיין); פלוגה ב' בפיקוד דודו פרלשטיין כעתודה; ובסיוע מחלקת מרגמות מוגברת (12 קנים) ובקרי אש מהפלוגה המסייעת של גדוד 161 בפיקודו של ישראל אליעזרי.
הסיירת והטנקים הגיעו למחנה אלנבי בשעה 14:00. בשעה 14:20 מקבל המג"ד דר פקודה לכבוש את מתחמי ארמון הנציב ולהתכונן להמשך כיבוש מוצב הפעמון בצור באהר. בשעה 14:30 מנהל המג"ד קבוצת פקודות חפוזה לכיבוש מתחם הארמון. שר הביטחון, משה דיין, לא אישר בתחילה מתקפת נגד על הארמון. ואולם, לאחר לחצו של אלוף הפיקוד, עוזי נרקיס, אושרה ההתקפה רק ב-13:10. זמן קצר לאחר מכן התקבלה בקשה נוספת של ראש משקיפי האו"ם, גנרל אוד בול, לנסות ולהשיג הפסקת אש; בול ביקש שישראל לא תתקוף את הארמון ותאפשר לו למצות את המגעים עם ירדן. דיין הסכים להצעה, והורה שלא לאפשר את התקיפה. ואולם, עד שנוצר הקשר עם הפיקוד ולאחר מכן עם החטיבה, כבר הייתה ההתקפה בעיצומה.