המערך הירדני, שזיהה את הכנות הכוחות הישראלים לפעולה ונערך לקראתה, התבסס על דיוויזיה מס' 1 שנפרשה לאורך שלושת הצירים העיקריים המובילים מעמאן לבקעת הירדן, תוך הפרשת כוחות מאבטחים בבקעת הירדן שתפקידם היה איתור הכוחות התוקפים, עיכובם ונסיגה אל המתחמים ההרריים השולטים בהם היו מצויים הכוחות העיקריים. שלושת הכוחות הירדנים ששלטו על הצירים היו חטיבות חי"ר שכללו גם פלוגות ומחלקות טנקים ויחידות הנדסה וארטילריה. ככוח עתודה שימשה חטיבת שריון 60 הירדנית שהתמקמה בעמדות מזרחיות יותר והייתה אמורה להישלח אל הצירים המרכזיים בהתאם לפקודת מפקד הדיוויזיה על פי התפתחות הקרב. בפועל, נחלקה גם חטיבה זו לשלושה גדודי טנקים שהוצבו על שלושת הצירים העיקריים. גם גדוד הארטילריה הכבדה של הדיוויזיה הירדנית (תותחי לונג טום) נפרש על פני כל הגזרה וקיבל הגנה אווירית מגדוד הנ"מ הדוויזיוני. התוכנית הירדנית הייתה למשוך את הכוח הישראלי לשטחי השמדה על הצירים הללו, לבצע התקפות נגד ולחזור ולכבוש את בקעת הירדן. כל הצמתים והעמדות השולטות באזור היו מטווחים על ידי גדודי הארטילריה הירדנית שהיו בגזרה.
הקרב.
הגזרה הדרומית.
הכוח שבראש חטיבה 7 חצה את גשר אלנבי ב-05:35 ופגע מיד במוצב הגשר הירדני ובמוצב אלנבי השולט על הגשר ממזרח. הכוח הירדני הופתע מהפעולה ולא הספיק לפוצץ את הגשר. הכוח הישראלי פגע בנשק המסייע שהיה במוצבים הירדנים, והחיילים הירדנים שנותרו בחיים ברחו לכיוון שונת נמרין. הגדוד בפיקודו של אהרן פלד נע דרומה לכיוון כופריין במטרה לחסום את הציר המוביל מזרחה אל נאעור. הכוח הישראלי נע בשטח מעובד ממערב לכביש הבקעה הירדני. מפקד הכוח, שחשש משקיעה בשטח שהושקה בהצפה, פנה לעלות על הכביש, וכשהחל לנוע על הכביש נתקל באש ירדנית ממוצב חוץ של כופריין. הכוח המשיך דרומה וקצת לאחר השעה 07:00 נתקל באש טנקים ירדנית. טנק ישראלי נפגע משלושה פגזים ובער באש במשך מספר שעות. הכוח הישראלי הגיע עד צומת אל-מזר והציב שלוש מחלקות טנקים כחסימות בצומת לכיוון צפון (כופריין), מזרח (נאעור) ומערב (גשר עבדאללה). הכוח הישראלי ששהה באזור צומת אל-מזר משעות הבוקר ועד קבלת פקודת הנסיגה ב-16:00, היה מצוי בשטח השמדה שתוכנן על ידי הירדנים. במשך כל שעות שהותו שם הוא היה חשוף לירי ישיר של טנקים, תול"רים וארטילריה ירדניים וסבל אבדות. הירדנים, שראו בכוח זה את האיום המוחשי ביותר להתקדמות מזרחה, הטילו מולו בשעה 13:00 התקפה של גדוד טנקים מחטיבה 60 ששימשה כעתודה. בהתקפה זו נפגעו כ-7–8 טנקים ירדניים.
אבדות הכוח הישראלי היו 4 הרוגים ו-7 פצועים. 8 טנקים ישראלים מתוך ה-11 שהיו בכוח נפגעו (טנק אחד אף נשאר בשטח ירדן) וזחל"ם אחד נפגע (מתוך חמישה שהיו בכוח).
גזרת שונת נימרין.
משימת ההשתלטות על אזור שונת נמרין הוטלה על גדוד השריון בפיקודו של אברהם רותם. לאחר מעבר גשר אלנבי פנה הגדוד מזרחה. על פי התוכנית הוא היה אמור לתפוס עמדות על תל נמרין, אלא שכוח החוד שמנה שלושה טנקים וזחל"ם חלף על פני התל הנמוך ומיד נתקל באש טנקים ירדנית. שני טנקים (כולל טנק המג"ד) וזחל"ם, שנכנסו לשטח ההשמדה הירדני, נפגעו. שאר הכוח, בפיקוד הסמג"ד, אלישיב שמשי, תפס עמדות על התל והיה עסוק במשך כל יום הקרב בחיפוי ובחילוץ הכלים שנפגעו. במשך כל יום הלחימה ספג הכוח הישראלי ירי ופגיעות מאש ארטילרית ירדנית מדויקת. כבר משעות הבוקר קיבל הכוח הישראלי סיוע אווירי כשחיל האוויר תקף את העמדות הירדניות, אולם סיוע זה לא הפחית בהרבה את האש הירדנית. גם מול כוח זה הניעו הירדנים בהמשך יום הלחימה צוות גדודי משוריין מחטיבה 60 הירדנית להתקפת נגד. שישה מהטנקים של הכוח הישראלי נפגעו קשות ויצאו מכלל פעולה (כולל שני טנקים וזחל"ם שנשארו בשטח ירדן גם בתום הפעולה). כל שאר הכלים הישראלים נפגעו אף הם מהאש הירדנית. אבדות הכוח הישראלי בגזרת לחימה זו היו 9 הרוגים ו-18 פצועים.
כוח טנקים ישראלי נוסף, שמנה ארבעה טנקים, התמקם כחסימה על כביש הבקעה הירדני בין כראמה ובין שונת נימרין. הכוח, בפיקודו של אהרן סטולר, לא נתקל בכוחות ירדניים או פלסטיניים ובהמשך היום נשלח לפעולות התקפיות באזורו. לכוח זה לא היו נפגעים בכלים ובנפש.
הגזרה הצפונית.
הכוח הישראלי שפעל בגזרה הצפונית היה תחת פיקוד חטיבת הבקעה. לאחר שכוח צנחנים ישראלי של פלוגה ד מגדוד 71 של עוזי עילם (בפיקוד רס"ן אסא קדמוני) השתלט על גשר דמיה, עבר את הגשר כוח נוסף, בפיקודו של טוביה רביב, שמטרתו הייתה חסימת כביש הבקעה הירדני מדרום לצומת אל-מצרי. הכוח כלל פלוגת טנקים מוקטנת, פלוגת שריוניות מוקטנת, פלוגת צנחנים מוקטנת על גבי זחל"מים ומחלקת חיל הנדסה. ניסיון הכוח הישראלי להגיע אל נקודת החסימה תוך איגוף מדרום של מוצב דמיה הירדני נכשל, לאחר שהטנקים החלו לשקוע באפיק ואדי א-רציפי שבו נעו. משנוכח מפקד הגזרה, רפאל איתן, בעיכוב של כוח החסימה, שלח כוח שלישי לכיבוש מוצב דמיה. כוח זה, שהיה בפיקודו של סמג"ד 268, טוביה לשם, כלל פלוגת טנקים מוגברת ופלוגת צנחנים, שירדה רגלית מהזחל"מים, תקפה וכבשה תוך זמן קצר את המוצב. לוחם מילואים צנחנים נהרג לאחר ההשתלטות בהפגזת נגד ירדנית שבה נפצע גם אסא קדמוני. גדוד 71, שהיה פרוס לפני הפעולה לכל אורך קו המוצבים בבקעה, הוחלף על ידי כוחות משנה וחלקו שמש כעתודה לכוחות הפועלים בעבר הירדן המזרחי.
לאחר כיבוש המוצב פקד איתן על כוח רביב לשוב צפונה ולחסום את הכביש בצומת אל-מצרי עצמו. בציר ההתקדמות של רביב נותרו טנק שקוע, טנק שנועד לחלצו אך שקע אף הוא ושלוש שריוניות ששקעו. רביב הגיע למוצב דמיה והחליט להשאיר באזור המוצב את הטנקים שנותרו מהכוח שלו (2 טנקים) ואת הטנקים מכוח הסמג"ד שכבשו את המוצב (2 טנקים נוספים, לאחר ש-3 טנקים ישראלים נפגעו בחילופי אש מוקדמים יותר מול השריון הירדני) במטרה שינהלו אש מול השריון הירדני והוא עצמו נע על גבי זחל"ם, יחד עם כוח של שריוניות, לכיבוש צומת אל-מצרי. שתי שריוניות נוספות שקעו בדרך לצומת וכשהגיע הכוח הישראלי לצומת, נפתחה עליו אש חזקה. שלוש שריוניות והזחל"ם של המג"ד נפגעו ועלו באש. רביב הצליח להגיע אל אחת משתי השריוניות שלא נפגעו וביקש חילוץ.
ההתקלות בצומת אל-מצרי הייתה בשעה 08:00 בבוקר. משעה זו ועד סיום הפעולה ב-22:00, היו הכוחות הישראלים בגזרה זו עסוקים בעיקר בחילוץ הכוחות והכלים שנפגעו ושקעו. סייעה בחילוץ מחלקת טנקי צנטוריון שסופחה לחטיבת הצנחנים שלחמה באזור כראמה. המחלקה נעה על כביש הבקעה הירדני צפונה וחברה לכוחות הישראלים שבגזרה הצפונית. כמו כן סייעו בחילוץ כוח צנחנים ששימש כעתודה בחטיבת הבקעה ו-8 דחפורי D-8. לצורך הסיוע בחילוץ נבנה גשר כלובים על הירדן במטרה שיעביר כוחות שריון ישראלי נוספים מהגדה המערבית של הירדן. אולם, בשל העיכוב בהקמתו הוא שימש, בסופו של דבר, רק לפינוי מחלקת הצנטוריונים שהגיעה מאזור כראמה.
אבדות הכוח הישראלי היו 2 הרוגים ו-11 פצועים; 7 טנקים ו-5 שריוניות נפגעו. לאחר מאמצי חילוץ ממושכים נשארו על אדמת ירדן טנק ישראלי אחד, שתי שריוניות וזחל"ם.
לטענת רפאל איתן, סבל כוח השריון שתחת פיקודו (גדוד 268) מנחיתות עקב שימוש בטנקי השרמן המיושנים לעומת טנקי הפאטון הירדנים שהיו חדישים יותר ובעלי טווח אש יעילה גדול יותר. לטענת אמנון ליפקין-שחק, כוחות צה"ל בגזרה הצפונית, שירו מזרחה בשעות הבוקר, סבלו מסינוור השמש, דבר שפגע ביכולתם.
גזרת כראמה.
כוחות סיירת צנחנים, בפיקודו של מתן וילנאי, תוכננו להיות מוטסים במסוקים ולהתמקם על הרכסים ממזרח לכראמה במטרה לפגוע במחבלים שיברחו מכראמה מזרחה. הכוחות יצאו באיחור למשימתם עקב ליקוי בתיאום בין הכוחות הישראלים ועקב עננות שלא אפשרה למסוקים להמריא ולהובילם ליעדם. בגלל חוסר התיאום לא עוכבה הטלת הכרוזים מהאוויר על ידי מטוסי חיל האוויר, כרוזים שקראו לתושבי כראמה לעזוב מיד את העיירה ולמנוע פגיעה בהם במהלך הפעולה. האזרחים נטשו את כראמה הרבה לפני פעולת צה"ל, אולם המחבלים הפלסטיניים ניצלו את הטלת הכרוזים; חלקם נותרו בעיירה והתארגנו ללחימה מול כוחות צה"ל, חלקם נמלטו מהעיירה (על פי מקורות ישראלים יאסר ערפאת נמלט מהעיירה על גבי אופנוע) וחלקם נסוגו מזרחה ותפסו עמדות בכוכים מבוצרים שהיו מוכנים מראש. כשנחתו לוחמי סיירת צנחנים על הרכסים ממזרח לכראמה התברר להם שכוחות של מחבלים פלסטינים כבר נמצאים באזורי הנחיתה וחלקם מבוצרים בכוכים. הלחימה החלה מייד עם הנחיתה ובמקום שיפתיעו את המחבלים הופתעו הצנחנים עצמם מהימצאות הכוחות הפלסטינים במקום. לאחר מספר שעות של היתקלויות ולחימה, פונה בשעה 11:00 הכוח הישראלי ללא שהצליח להשלים את ההשתלטות על היעדים שהוקצו לו.
הכוח המרכזי בפעולה, חטיבת הצנחנים, נע החל משעה 01:00 מנבי מוסא שבמדבר יהודה אל עבר גשר אלנבי. לפני כוחות הצנחנים, שנעו על זחל"מים, נעה יחידת טנקי צנטוריון בפיקוד אברהם ברעם. שתי היחידות חצו את גשר אלנבי מיד אחרי שחטיבה 7 חצתה אותו ונעו לעבר כראמה. טנק ישראלי אחד מכוח ברעם תעה בדרך והצטרף ליחידה ישראלית אחרת וטנק נוסף שקע. יחידת הטנקים, שמנתה עתה 5 טנקים פרצה לעיירה כראמה מדרום, על כביש הבקעה הירדני החוצה את כראמה. תוך ביצוע ארגז אש, יצאה מצידה הצפוני של העיירה והתארגנה לחסימה של כביש הבקעה 3 קילומטרים מצפון לעיירה.