עקב הבהילות בהכנות לקראת הקרב, אירע מקרה חמור של ירי אש כוחותינו. פלוגת טנקים מחטיבה 37, שתפסה כלי רכב שלל, נעה לעבר מתחם אום-כתף, בטרם נודע שהמצרים נטשוהו. מפקד הצג"מ של גדוד 82 מחטיבה 7, אברהם אדן, הבחין בשיירה וסבר בטעות שזהו כוח מצרי. הסברה הייתה מובנת לאור העובדה שהגדוד הדף התקפות מצריות, גם מכיוון מזרח. הוא הציב מארב פלוגתי, שפגע בשבעה טנקים ישראליים. מפקד הפיקוד שמחוני, שהיה אחראי לתאום בין הכוחות, נתן אמנם הנחיות כלליות להיזהר מירי על כוחותינו, אך הוא לא התנער מאחריותו לתקלה.
למרות הבהילות, חוסר ההכנה והמחסור באש לריכוך, הייתה ידו של כוח צה"ל על העליונה ברצועת עזה, מפני שהלחימה המצרית נחלשה מאוד. בשעה 8 בבוקרו של 2 בנובמבר התקבלה שיחת טלפון מפתיעה במשרד הישראלי של ועדת שביתת הנשק, בבאר שבע. בסערת הקרבות, הושאר בטעות קו טלפון פעיל שקישר את המשרד הישראלי עם מטה משקיפי האו"ם בעזה, ועתה נשמע בקו קולו של נציג האו"ם. הנציג העביר את השיחה לגנרל המצרי מוחמד פואד אל-דיגאווי, מושל הרצועה, שביקש למסור את כניעתו. אמנם כוחות מצריים בודדים המשיכו להילחם עוד מספר שעות, אך עד הבוקר של שבת, 3 בנובמבר, פסקה הלחימה.
כוחות מקומיים של הגנה מרחבית מאזור יד מרדכי, ביחד עם יחידות משמר הגבול, נשלחו אל הרצועה כדי לסייע בהחזקתה לכוחות המעטים שכבשו אותה. אחדים מאנשי מג"ב עסקו בביזה של רכוש ערבי, כמו גם חברי קיבוצים ששמו ידם על ציוד חקלאי. ראש הממשלה בן-גוריון נפגש עם מזכירי הקיבוצים ודרש מהם להחזיר את כל הציוד שנבזז, ותבע מהצבא להציב יחידות שמירה כדי למנוע את המשך הביזה.
בזירת הים התיכון לכדו חיל הים וחיל האוויר במשותף את המשחתת "איברהים אל אוואל", אחרי שזו תקפה את חיפה באש תותחים. האונייה נשבתה על 150 מלחיה, וכעבור זמן לא רב החלה לשרת בחיל הים, בשם אח"י חיפה.
בסיום המערכה בסיני, התייצבו כוחות צה"ל במרחק של 15 ק"מ מתעלת סואץ, בהתאם להסכם עם הבריטים והצרפתים.
בין 2 ל-5 בנובמבר נעה חטיבת המילואים הממונעת (חטיבה 9) מראס אל-נקב לדרום סיני, ובמסע בדרך הררית וקשה למעבר, עברה דרך כפר החוף ד'הב, שם קיבלה אספקה מספינת חיל הים, כבשה את מתחם תותחי החוף בראס נצרני, ולמחרת כבשה גם את שארם א-שייח'. שם חברה לגדוד 88 בפיקוד מוטה גור (שהוצנח בא-טור ב-2 בנובמבר) ולגדוד 890, שהגיעו לקצה הדרומי של סיני לאורך החוף המערבי. חיל הים השתלט על האיים טיראן וסנפיר.
מבצע "מוסקטר".
מבצע ההשתלטות על תעלת סואץ, יעדה האמיתי של המלחמה מבחינת הגורם שיזם אותה, קרי הממלכה המאוחדת וצרפת, היה אמור להתחיל מיד לאחר מהלך הפתיחה של ישראל במעבר המיתלה; אולם המבצע נדחה ביממה, לאחר שנודע שהמצרים מעבירים כוחות צבא גדולים לתוך סיני, והפיקוד המשותף הבריטי-צרפתי החליט לאפשר לכוחות הישראליים והמצריים להתכתש ביניהם במדבר סיני, ולהקל בכך על תקיפת התעלה; ובסופו של דבר לא יצא "מבצע מוסקטר" לדרך לפני 5 בנובמבר, כשצה"ל כבר השתלט על חצי האי סיני. הכוחות הבריטיים והצרפתים השתלטו על ערי התעלה הצפוניות פורט סעיד ופורט פואד, והחלו לנוע דרומה לאורך התעלה.
בתגובה לפלישה, טיבעו המצרים אניות בתעלה וחסמו אותה, ומדינות ערב שיבשו את אספקת הנפט לארצות המערב. ארצות הברית לחצה על הממלכה המאוחדת לסגת ממצרים, וברית המועצות, שחששה לאבד את השפעתה באזור, איימה במלחמה אם כוחות הצבא לא ייסוגו.
ביוזמתן של ארצות הברית וברית המועצות, התקבלה החלטה של מועצת הביטחון של האו"ם, הקוראת לעצור את המבצע ולהסיג את כל הכוחות. כתגובה להחלטה, נעצרו הכוחות של הממלכה המאוחדת וצרפת בעיר קנטרה. בכך הסתיים למעשה המבצע. במהלך החודשים נובמבר ודצמבר נבנה כוח החירום של האו"ם, בהתאם להחלטה שלעיל. פינוי הכוחות הזרים הושלם עד 22 בדצמבר. כוח החירום התפרס לאורך התעלה, והחל לאייש עמדות בתוך סיני, בתאום עם נסיגת צה"ל.
בחסות המבצע נחתו בפורט פואד שלושה ישראלים, שני קצינים (לובה אליאב ואברהם דר) ואלחוטן, במדים צרפתיים, במה שנודע כמבצע תושייה. הם שכנעו רבים מאנשי הקהילה היהודית לעזוב בחשאי את מצרים, ולהגיע לישראל על סיפונה של ספינה ישראלית שהוכנסה לנמל בחשאי.
מסדר הניצחון של חטיבה 9.
לדוד בן-גוריון, שבדרך כלל התבטא באופן שקול וזהיר, הייתה גם לעיתים נטייה לפאר את הרגע בביטויים מליציים. הפעם הוא נסחף עם אווירת הניצחון וכתב איגרת נמלצת לחיילי חטיבה 9 ומפקדיה, לרגל מסדר הניצחון של החטיבה שנערך בשארם א-שייח' ב-6 בנובמבר 1956. את האיגרת מסר לידי הרמטכ"ל רב-אלוף משה דיין, שהגיע למסדר עם כל אלופי צה"ל. הטקס היה קצר, שני קומנדקרים שהועמדו גב אל גב שימשו כבמה. החיילים בבגדי קרב הסתדרו בצורת האות ח' מסביב לבמה. מפקד החטיבה נאם קצרות ומשה דיין קרא את איגרתו של בן-גוריון ופקודת יום לכיבוש סיני. באיגרתו כתב בן-גוריון:
פעילות חיל הים.
פעילות חיל הים בים התיכון הייתה מועטת הושפעה מנוכחות בריטית וצרפתית רבה. עם זאת המשחתת המצרית איבראהים אל-אוול שהגיעה להפגיז את חיפה נענתה באש ונתפסה.
ספינות דיג מגויסות נכנסו לנמל פורט סעיד וחילצו משפחות יהודיות שעמדו בפני איום נקמה מהמצרים.
בים האדום סייעו כוחות חיל הים בהעברת אספקה ובעיקר דלק לכוחות החטיבה בהנחתה בחוף מפרץ אילת. טרפדות חיל הים בפיקוד אברהם בוצר נכנסו למעגן שארם א-שייח' והניפו בו את דגל ישראל. בעקבות זאת בוטלה ההצנחה שתוכננה במקום.
הרג שבויים.
שנים רבות לאחר המלחמה התפרסמו עדויות על מקרים בודדים של הרג חיילים מצריים בלתי חמושים. הצנחן בני ברוידה העיד, שבמסע של חטיבה 202 אל צומת מצבת פרקר, ירו הצנחנים בכל החיילים המצריים שביקשו להסגיר את עצמם; ושבצומת עצמו הרגו הצנחנים קבוצה של פועלי כביש מצריים שהחלו להתפרע, ועל כך ננזפו הצנחנים על ידי מפקד החטיבה, שרון. הצנחן משה לוין סיפר שהוא נכלא לאחר שהביע מחאה על הרג שבויים ביחידתו.
בשנת 1995 פורסם במקומון ירושלים ראיון ובו הודה אריה בירו, אז מפקד פלוגה בגדוד 890, שהרג כמה עשרות שבויים מצריים שנתפסו במעבר המיתלה, ובהם כאלה שהיו כפותים. הוא טען שהיה בזה צורך מבצעי, מפני שלא היו מספיק חיילים שיכלו לשמור על השבויים.
בעת מהלך הפריצה לרצועת עזה, תפסו חיילי גדוד השריון 113 שבויים. מפקד הגדוד, פנחס (פיני) ויינשטיין, ביקש תוספת חיילים שישמרו על השבויים כדי שלוחמיו ימשיכו בהתקדמות. בתשובה לכך קיבל פקודה להרוג את השבויים. ויינשטיין השיב בסירוב שנאמר ברשת הקשר ובלשון גסה, כך שכל חייל יכול היה לשמוע. הוא היקצה שומרים מחייליו, והמשיך במשימה.
עם סיום המלחמה.
ב-5 בנובמבר שיגר ראש ממשלת ברית המועצות, ניקולאי בולגנין, אגרות חריפות לצרפת, הממלכה המאוחדת וישראל. האגרות לצרפת והממלכה המאוחדת הגדירו את פעולתן כתוקפנות וכללו איום בהתקפה על ידי "מדינות חזקות יותר, שברשותן סוגים שונים של אמצעי השמדה מודרניים... שבמקום לשגר... את כוחות הים או האוויר שלהן, עלולות להפעיל אמצעים אחרים, כגון טילים". באיגרת לבן-גוריון גינה בולגנין את "התוקפנות המזוינת" של ישראל וטען כי היא פועלת "כמכשיר בידי הכוחות אימפריאליסטיים חיצוניים בהרפתקה חסרת הגיון, כשהיא מתגרה בכל עמי המזרח... ובכל העמים שוחרי השלום בעולם". הוא האשים את ישראל שהצהרותיה על "אהבת השלום" נועדו "רק להרדים ערנות העמים האחרים, בהכינה התקפה בוגדנית על שכנותיה לפי רצון זר". לגינוי זה נוסף איום על קיומה של ישראל: "ממשלת ישראל משחקת בצורה נפשעת וחסרת אחריות בגורל העולם, בגורל עמה היא. היא זורעת איבה כזאת לישראל בין עמי המזרח, שאינה יכולה לא להשאיר רישומה על עתיד ישראל ומעמידה בסימן שאלה את עצם קיומה של ישראל בתור מדינה". לשם "הבטחת השלום במזרח התיכון, נוקטת הממשלה הסובייטית ברגע זה אמצעים על מנת להפסיק המלחמה ולרסן התוקפים". לצד האיומים הללו, הפיצה ברית המועצות שמועה כי היא מגייסת "מתנדבים" שישרתו בצבא המצרי.
ארצות הברית הצטרפה לדרישת ברית המועצות מהממלכה המאוחדת, צרפת וישראל לפנות את האזור מכוחותיהן.
ב-7 בנובמבר קיבלה מליאת האו"ם החלטה הדורשת מהמדינות הפולשות לסגת מהשטחים שכבשו. באותו היום עוד נשא דוד בן-גוריון נאום דרמטי בכנסת ובו הכרזה על מלכות ישראל השלישית. אולם יום אחד למחרת הורה בלית ברירה לשגריר באו"ם, אבא אבן, להודיע שישראל תיסוג עד מרץ 1957. עם זאת, הודיע בן-גוריון שכל סגירה של מיצרי טיראן תהווה עילה למלחמה נוספת. בתמורה לנסיגה, התחייבה ארצות הברית לדאוג להבטחת חופש המעבר של ישראל במיצרי טיראן.
ב-15 בנובמבר קיבל בן-גוריון איגרת-איום נוספת מבולגנין, בה נאמר "שמדיניותה הנוכחית של ישראל, המכוונת לליבוי שנאה אל הערבים ודיכוים... נושאת כליה לישראל" ושהממשלה הסובייטית רואה "להכרחי נקיטת אמצעים, אשר יוציאו מכלל אפשרות פרובוקציות חדשות של ישראל נגד המדינות השכנות". גם ארצות הברית דרשה נסיגה מלאה.