מצבה השברירי של ירושלים היה אחת הדאגות העיקריות של הממשלה הזמנית, ובן-גוריון בראשה, ושל מטכ"ל 'ההגנה'. עם התמשכות המצור על ירושלים, ועוד יותר, עם הצטרפות עבר הירדן למלחמה, גברה הדאגה ביתר שאת. גם הדיווחים מן העיר לא היו מעודדים. מבצע נחשון ומבצע מכבי הגדילו מאוד את קטע הדרך לירושלים אשר נמצא בידי ישראל, מחולדה (שכן לא ניתן היה לעבור את כביש ירושלים-יפו, כיום כביש 44, ברמלה) ומערבה, ומשער הגיא ומזרחה. בידי הערבים נותר כפקק, הן באשר לכביש הראשי (כביש 44), הן באשר לעוקף מכיוון חולדה (כביש 3 בימינו), קטע הדרך העובר בסמוך ללטרון. פתיחת הדרך בקטע זה זכתה, אם כך, לעדיפות עליונה. המשימה שהוטלה על חטיבה 7 הצעירה, אשר הוקמה ימים מספר קודם המבצע, הייתה להשתלט על קטע הכביש בין לטרון לשער הגיא, לאבטח אותו למעבר שיירה של אספקה ותגבורות לכוחות הלוחמים בפרוזדור ירושלים, ולאחר מכן לנוע לאזור מעלה החמישה, ולהתחבר עם כוחות 'הראל'.
מערך הלגיון בלטרון.
פיקוד הלגיון העריך, שצפויה התקפה ישראלית על מתחם לטרון, כדי לפרוץ את המצור שהטיל צבא עבר הירדן על ירושלים העברית, ולכן תגבר את כוחותיו בגזרת לטרון בגדוד נוסף, כולל תותחי 25 ליטראות ושיריוניות (23 במאי). כך, ערב המבצע כללו כוחות הערבים בגזרת לטרון את חטיבה 3 של הלגיון הירדני בסיוע כמה מאות לוחמים ערביים מקומיים ובדואים בלתי סדירים מעבר הירדן, ששולבו במערך ההגנה. חטיבה 3 של הלגיון כללה את גדוד 4, שנערך בחלקו המערבי של רכס לטרון, ואת גדוד 2 הממונע, שנערך בחלקו המזרחי של הרכס. תחנת המשטרה הוחזקה על ידי כוח קטן (מחלקה מתוגברת) של הלגיון. עיקר כוחו התבצר על הגבעות ממזרח למשטרה, שחלשו הן על תחנת המשטרה והמנזר, והן על הכביש לירושלים (כביש 44 של ימינו. חלקו שמצומת חטיבה 7 של ימינו ומזרחה, בוטל, והוחלף על ידי כביש 1 העובר מצפונו), שעבר מדרום להן. רכס הגבעות מדרום לכביש (מול רכס לטרון), הוחזק על ידי לוחמים ערבים מקומיים בלתי סדירים, בעיקר מהכפרים בית ג'יז ובית סוסין, בסיוע סיורים של הלגיון. בסה"כ כלל כוח האויב בגזרת לטרון כ־2,500 לוחמים, ונהנה מעדיפות מספרית ואיכותית על הכוח הישראלי הבלתי מגובש, שהיה אמור לתקוף אותו ולהשתלט על אזור לטרון.
חטיבה 7.
ב-15 במאי הוקמה חטיבה 7 כחטיבת עתודה מטכ"לית. מיד לאחר הקמתה, החטיבה יועדה לפריצת הדרך לירושלים. החטיבה הורכבה משני גדודים רגליים. הראשון, גדוד 71 שהורכב מעולים חדשים, יוצאי הצבא הבריטי ופלוגה מ'אלכסנדרוני', והשני, גדוד 72, שהוקם על בסיס מדריכי וחניכי אגף ההדרכה, שהושבת זמנית. השלמות כוח האדם של גדוד זה, היו בדומה לאלה של גדוד 71. לאלה נוסף גדוד ממוכן, גדוד 73, שהוקם בתחילת חודש מאי מכל משורייני הזחל, משורייני הסיור ומשוריינים אחרים. הגדוד הורכב מאנשי פלמ"ח וחיילים ששירתו עד אז במכוניות משוריינות, או שהיו בקורסים שונים בנושאי רכב משוריין.
גדוד 32 מחטיבת אלכסנדרוני שהיה גדוד ותיק יחסית צורף לחטיבה 7 ב-23 במאי כדי לחזקה. בסגל הפיקוד של חטיבה 7, ובקרב הלוחמים, היה שיעור ניכר של יוצאי הצבא הבריטי במלחמת העולם השנייה. מפקד החטיבה היה שלמה שמיר, לשעבר קצין בשורות הבריגדה היהודית.
המחדל המודיעיני ותוכניות המבצע.
המבצע היווה חלק מתוכנית לפעולה צבאית גדולה במרחב ירושלים, במטרה לשחרר את ירושלים העברית מלחץ הלגיון הערבי.
המידע המודיעיני שעמד לרשות מתכנני המבצע ביחס לכוחות האויב בגזרת לטרון היה דל ביותר ובלתי מהימן. אגף מודיעין של 'ההגנה' היה עדיין בחיתוליו. המודיעין הישראלי לא ידע כלל על נוכחות כוחות משמעותיים של הלגיון באזור לטרון, והעריך שהכוחות הערביים באזור זה מורכבים בעיקר מלוחמים מקומיים בלתי סדירים. תוכנית הפעולה של חטיבה 7, שהתבססה על המידע המודיעיני המטעה, הניחה שכוחות החטיבה אינם אמורים להיתקל בהתנגדות רצינית בכיבוש הנקודות השולטות ברכס לטרון. על בסיס הערכה זו הוחלט להפעיל רק חלק מכוחות החטיבה המתוגברת לצורך ההשתלטות על רכס לטרון, ואבטחת המעבר של שיירת החטיבה באזור זה.
לפי תוכנית המבצע נועדו שתי פלוגות מגדוד 32 של 'אלכסנדרוני' לכבוש את הכפר לטרון, ואת הגבעות השולטות עליו ממזרח, באמצעות תנועת איגוף קצרה מדרום, ואילו שתי פלוגות מגדוד 72 נועדו להשתלט בשלב ראשון על רכס הגבעות שמדרום לכביש לטרון-שער הגיא, כדי לאבטח את אזור הפעולה מפני התקפה מאזור הר-טוב, ובשלב שני לכבוש את הכפר דיר איוב (כיום בחלקו המזרחי של פארק קנדה) והרכסים השולטים עליו, ולחבור עם כוחות חטיבת 'הראל' באזור שער הגיא. מכיוון שמפקדת חטיבה 7 לא העריכה שהפעולה תיתקל בהתנגדות רצינית, היא לא הכינה תוכניות לפינוי נפגעים רבים, או לאספקת תחמושת, מים ומזון לכוחות התוקפים, במקרה שהפעולה תתארך או תסתבך.
למרות, שכאמור, לא היה לפיקוד הצבאי הישראלי מידע ממשי על נוכחות כוחות הלגיון באזור לטרון, ניסה יגאל ידין, הרמטכ"ל בפועל, לשכנע את בן-גוריון לדחות את המבצע המתוכנן. הוא טען בתוקף שחטיבה 7 עדיין אינה מוכנה לביצוע המשימה שהוטלה עליה, וזקוקה לפחות לשבוע נוסף של התארגנות, אימונים וקליטת ציוד לפני שתהיה מוכנה לקרב. ידין אף ניסה לגייס את תמיכת שלמה שמיר, מח"ט 7, כדי להשפיע על בן-גוריון, אך ללא הועיל. הקריאות הנואשות לעזרה מההנהגה היהודית בירושלים שכנעו את בן-גוריון, שקיימת סכנה ממשית לנפילת ירושלים העברית בידי הלגיון, אם המצור על העיר לא ייפרץ באופן מיידי, וזאת למרות שהיה מודע לחוסר המוכנות של חטיבה 7. צירוף גדוד 32 בעל הניסיון הקרבי לכוחות החטיבה, נועד לחפות במידת מה על חוסר הניסיון של לוחמיה. הגדוד הזה קיבל גם את התפקיד המרכזי במסגרת המבצע המתוכנן לכיבוש רכס לטרון. בסופו של דבר נאות בן-גוריון להסכים לדחיה של יממה במועד פתיחת מבצע בן-נון, עקב עיכובים בהגעת הנשק והציוד לכוחות החטיבה, ולכן הוחלט שהוא יתבצע בלילה שבין 24 ו-25 במאי.
המבצע.
עיכובים בטרם הקרב.
ב-24 במאי בשעה אחת עשרה בלילה חיכו החיילים בחולדה בתוך האוטובוסים אבל לא הגיעה פקודה לתזוזה. הסיבה לעיכוב הייתה הציפייה למרגמות ולשאר כוחות הסיוע שרובם לא הגיעו. לאחר ציפייה ארוכה הגיעה בשעה 1:00 אחר חצות פקודת התזוזה. הנסיעה לנקודת ההורדה של החיילים הייתה אמורה לקחת חצי שעה אבל האוטובוס הראשון תעה בדרך, ואחריו כל השיירה, ושוב התבזבז זמן מיותר עד שהתבררה הטעות. הצוותים של שני התותחים שהוקצו לסיוע, נפוליאונצ'יקים שנישאו על גבי משאיות, לא הספיקו לכייל את התותחים ולא היו יכולים לעשות טיווח מוקדם. התחמושת לא הייתה אחידה ולא נבדקה מידת תקינותה. גם בשטח נתקל הצוות בבעיות, בין השאר חוסר במכשירי כינון. לבסוף הסוללה נפרסה כשני קילומטר ממערב ללטרון וכינון התותחים נעשה על ידי מפה.
שיירת האוטובוסים נסעה באורות נמוכים והורידה את החיילים כשני קילומטר וחצי דרומה מערבה מהיעד (על כביש 3 של ימינו). הם החלו בהליכה רגלית, וקצת לאחר מחנה המעצר הבריטי (מזרחה מקיבוץ נחשון של ימינו) התפצלו הפלוגות לעבר יעדיהן. בשעה 4:35 כבר היו כוחות התקיפה מול המנזר מוכנים, אך התותחים עדיין לא היו מוכנים. כעשר דקות לאחר מכן החלה הפגזת התותחים.
העיכובים בפתיחת המבצע היו גורליים. נוכח איתנות אחיזת הלגיון בלטרון, הסיכוי היחיד להצלחת המבצע היה בניצול גורם ההפתעה ובפעולה בחסות החשיכה. אולם עקב העיכובים הפכה מתקפת הלילה המתוכננת לפעולה צבאית באור היום.
תחת אש הלגיון.
בליל 25/24 במאי הועמדו כוחות הלגיון בכוננות, ועמדות התצפית שלהם איתרו את תנועת שיירת האוטובוסים של חטיבה 7 לכיוון לטרון, ולאחר מכן את תחילת התנועה של החיילים מגדוד 32 מדרום ללטרון.
זמן קצר לאחר תחילת ההפגזה הישראלית פתחה הארטילריה של הלגיון בהפגזה כבדה על הכוחות הישראלים המתקדמים. במקביל נפתחה אש עזה ממק"בים
ומקלעים מכיוון חורשות מנזר השתקנים על הפלוגה המובילה של גדוד 32, שהייתה אמורה לתקוף את הכפר לטרון. הפלוגה נתפסה בשטח חשוף ונחות, שנשלט על ידי עמדות הלגיון. שתיים מהמחלקות שלה רותקו למקומן על ידי אש מדויקת, ומצאו עצמן במלכודת אש בוואדי טחון, בו עבר כביש ירושלים-יפו. לוחמים ערבים ניסו לכתר אותן ללא הצלחה, אך עם זאת רוב חיילי הפלוגה נפגעו באש האויב.
הפלוגה השנייה של הגדוד נתקלה אף היא באש עזה. המ"פ שהבין שלא ניתן להמשיך בתנועה מזרחה, הורה לחייליו לנוע במהירות דרומה, כדי להחלץ מהשטח החשוף בו נמצאו, ולהשתלט על גבעה 314 (עליה שוכן כיום היישוב נווה שלום), כדי לפתח משם את המשך ההתקפה. הפלוגה השתלטה על הגבעה לאחר קרב קצר, והתארגנה להגנה היקפית סביבה. תוך זמן קצר מצאה הפלוגה את עצמה תחת אש של לוחמים ערביים מקומיים מהגבעות הסמוכות, ועסקה בהדיפת שורת התקפות נגד. מפקדת הגדוד הורתה לפלוגה להישאר במקומה כדי לתת סיוע באש לכוח שנלכד בוואדי טחון, ולחפות על נסיגתו.