הממשלה דחתה ברוב של 6 מול 4 את הצעה להקים וועדה למשא ומתן עם אצ"ל. ברוב של 7 מול 2 החליטה הממשלה לדרוש שאצ"ל ימסור את כל הציוד הצבאי שעל סיפון אלטלנה לידי צה"ל ורשויות המדינה. בן-גוריון הבהיר בתום הישיבה "אני רוצה שיהיה ברור מה החלטה שקבלנו. אנחנו החלטנו שדורשים מהם למסור את האניה. אם לא יסכימו - פירוש ההחלטה כפי שהבינותי שיש להשתמש בכוח כמו בכפר ויתקין - לתקוף אותם בכוח כזה שיהיו נאלצים להיכנע, במקרה ויפנו אלינו ויודיעו שהם מסלקים את האניה מחוץ הארץ - תדון הממשלה בדבר ותתן להם תשובה. אני מניח שאין ערור על כך שזהו פירוש ההחלטה: לעשות הכל למען שאפשר יהיה לתפוס את האניה בלי שפיכת דמים. אבל אם לא תהיה דרך אחרת - להשתמש בכוח".
היערכות בחופי תל אביב.
בשעות הבוקר של 22 ביוני נתן בן-גוריון לראש אג"מ (והרמטכ"ל בפועל), יגאל ידין, הוראה לפיה: "עליך לעשות את כל הצעדים, ריכוז צבא, כוח אש (תותחים, מכונות ירייה), זורקי להבות ... למען הבא את האונייה לכניעה ללא תנאי". בעקבות הוראה זו נשלחו כוחות מחטיבות יפתח, כרמלי והנגב לאזור תל אביב וסוללת תותחים הוצבה באזור מחנה יונה.
בשעות הבוקר הסתננו אנשי אצ"ל ואוהדי הארגון לאזור החוף של תל אביב, באזור שבין חוף גורדון לחוף ירושלים של תל אביב המודרנית. לפני הצהריים הם פרקו מנשקם את אנשי החי"ם, ויצרו ראש גשר לאלטלנה. לאחר איבוד שליטה במצב מצד חי"ם הועבר הפיקוד לצה"ל. בשלב זה מפקדת חיל הים שבמלון "סן רמו" בסמוך לאלנבי הייתה נצורה בשטח שבידי האצ"ל.
שידור מטעם ארגון האצ"ל טען כי כוחות עצומים של צה"ל מתכוונים לבצע התקפה רצחנית על יחידות האצ"ל. אנשי הארגון גם איימו בהתפשטות הסכסוך על פני כל הארץ.
בשעה 09:45 החלה האניה לכרוז לחוף שלא להפריע לה להוריד את הנשק.
משעה עשר בבוקר לערך פיקד יצחק רבין על כוחות צה"ל שהגנו על מטה הפלמ"ח במלון "ריץ" בחוף תל אביב לשם נקלע במקרה עם זוגתו. הוא ציין בספרו פנקס שירות, שבקרב הכוחות נפוצו שמועות על כך ש"האצ"ל מתכוון להשתלט על תל אביב כולה". הוא כתב שפעילי אצ"ל השתלטו על כמה עמדות סמוך לחוף ולוחמי חטיבת קרייתי נטשו את עמדותיהם על מנת להימנע מלהשתתף במלחמת האחים. לעומתם מחלקה אחת של חיילי חטיבת גבעתי לא נסוגה מעמדותיה.
תחילת הקרב בתל אביב.
סמוך לשעה 12 בצהריים, שידרה אלטלנה לחוף כי היא תחל בפריקת הנשק ואם יפריעו להם בכך - יפתחו באש. דבר זה הוביל להערכות רבה בחוף. עיתונאים שהיו במועדון "סקופוס" נדרשו לעזוב בגלל סכנת קרב.
עקב אי התקדמות במגעים, החליטו אנשי האצ"ל לשלוח סירה עם אמצעי לחימה כלחץ על נציגי הממשלה לפתוח במשא ובמתן. היה ברור שמדובר בפרובוקציה, אבל ההנחה הייתה כי הדבר יקדם את המשא ומתן. יונה פרגר שהיה בעל ניסיון רב מונה לפקד על הסירה. לוחמי הסירה הורכבו משלושה כוחות. כוח אחד, בן חמישה לוחמים, חמושים במטול נגד טנקי (פיאט) ובנשק אישי במתחם קפה "פנורמה", כוח שני, עם 5 לוחמים, מול מטה הפלמ"ח, ופרגר עצמו וארבעה נוספים, חמושים בשני ברנים ובמכשיר קשר, בעמדה ברחוב הירקון הסמוך. באמצעות נשק זה ניסו אנשי האצ"ל להשתלט על מלון ריץ, שבו שכן מטה הפלמ"ח, בסמוך לרחוב פרישמן. משלב זה המלון נמצא במצור על ידי אנשי האצ"ל. כשמול כוחות האצ"ל נמצאים כוחות צה"ל חמושים במקלעים. שני הצדדים החלו לצעוד זה מול זה, הפיקוד במלון ריץ החליט שלא לפתוח באש אלא אם כן יותקף והסירה הראשונה שיצאה מאלטלנה פרקה ללא שתותקף.
הסירה חזרה לאלטלנה. אנשי האצ"ל מילאו אותה שוב בנשק ושלחו אותה לחוף. בשעה 12:15 התקרבה הסירה לחוף במסעה השני.
אנשיה קראו לעבר החוף לא לגלות התנגדות, אבל בטרם יכלה לעגון, פתחו כוחות צה"ל באש לכיוון הסירה. מקור האש היה במרפסת של ויצו, מטה חיל המשמר. דבר זה החל קרב יריות קשה בין אנשי אצ"ל בחוף ובספינה לבין חיילי צה"ל במטה חיל המשמר, ובמטה הפלמ"ח. הסירה הצליחה להוריד קבוצת אנשים במרחק 300 מ' מצפון לאונייה, אך בכל פעם שניסתה לחזור נבלמה על ידי האש הכבדה.
משלב זה התפתח קרב שנמשך כחצי שעה, שבו גם אנשי האצ"ל באניה ירו על החוף. כמה מלוחמי אצ"ל ששהו על "אלטלנה" העידו שבגין הורה שלא להשיב אש, מחשש להתפתחות מלחמת אחים. זו גם גרסת בגין עצמו בספרו המרד. אולם אנשי האצ"ל באוניה לא מילאו אחר פקודה זו והמשיכו לירות. בגין פנה בזעם ללנקין, שבתאי נדיב וג'ק ברון, ודרש להוציא את הנשק מידי האנשים. ברון ונדיב עשו זאת. לנקין ציווה על הפסקת הירי אולם ההוראה לא בוצעה, אולי בגלל שאון הקרב. ג'רי זלצמן רץ על הסיפון לעבר פקודיו שירו מהחרטום, וחטף את הרובים מידם וציווה עליהם לחדול מהירי ולרדת לבטן האנייה.
אנשי האצ"ל על החוף ניסו לכבוש את מלון ריץ אבל נהדפו.
חיילי צה"ל במטה הפלמ"ח חיסלו עמדת פיאט ומקלע שירו עליהם. מספר אנשי אצ"ל פצועים נראו מוצאים מהמקום. החיילים גם זרקו רימונים כדי להדוף את ההתקפה. אנשי האצ"ל בחוף החלו לצעוק וביקשו הפסקת אש לפינוי הנפגעים. על סיפונה של אלטלנה היו פצועים רבים. ביניהם שני בכירים, אברהם סטבסקי (שמת אחר כך) ושמואל מרלין. רב החובל התקשר באלחוט וביקש להורות על הפסקת אש. הוא ביקש להחזיר את הסירה היחידה של אלטלנה שעוכבה בחוף כדי להעביר בה את הפצועים קשה. המענה היה שעל אנשי אצ"ל לחדול מפריקת הנשק.
חילופי היריות בחלק הראשון בקרב בתל אביב, נמשכו חצי שעה, עד לשעה 12:45. לטענת לנקין, מפקד צה"ל יצר קשר עם האונייה והודיע כי יפסיק את היריות אם תחדל פריקת הנשק ואנשי אצ"ל הסכימו לכך. חיילי צה"ל הסכימו לפינוי הנפגעים באמצעות אמבולנסים ומשאיות שהגיעו דרך רחוב מאפו. תושבי תל אביב שהסתתרו מפחד הירי, יצאו מהבתים בתחושה שהקרב הסתיים.
הפגזת האונייה וסוף הקרב.
בשעות הצהריים נקרא יגאל אלון אל המטכ"ל, ומונה לפקד על מבצע "להדברת התמרדות האצ"ל ומניעת השתלטות שלו על תל אביב."
אלון נקרא לשיחה עם בן-גוריון. שיחתם נמשכה 15 דקות. בשיחה זו לא נרשם פרוטוקול וכל מה שפורסם בקשר לכך בא מפי אלון. דן קורצמן, שחיבר ספר מקיף על מלחמת העצמאות, טען כי אלון גילה לו פרטים על שיחה זו. "לדבריו, בן-גוריון אמר לו, 'אנו ניצבים בפני מרד גלוי. לא רק תל אביב בסכנת נפילה בידי המורדים. כל עתיד המדינה הזאת הוא על כף המאזניים'". גם הביוגרף של בן-גוריון, מיכאל בר זוהר, מסתמך רק על עדותו של אלון, לאמור: בן-גוריון פנה אליו בקול דרמטי ובחריקת שיניים: "תפוס את בגין! תפוס את בגין!" אלון התארגן במהירות. הוא הקים מטהו במחנה יונה, היום גן מלון הילטון. רבין מונה לסגנו של אלון וקצין המבצעים שלו.
בשלב זה מטה הפלמ"ח היה נתון במצור, ואנשים באניה ומהחוף ירו עליו. מדי פעם נעשו הפוגות להוצאת הפצועים. גם מטה חיל הים היה נתון במצור. קציני צה"ל דרשו שוב ושוב מאנשי האצ"ל להיכנע אבל אנשי אצ"ל לא נשמעו להם. אלון דווח לידין: "אצ"ל השתלט על תל אביב... מפקדת המחוז (חטיבת קרייתי) לא שולטת בעיר". אלון העריך שבלי תגבור כוח צה"ל, הוא לא יצליח לגבור על כוחות אצ"ל. הוא הורה להעביר כוח בגודל 3 פלוגות מחטיבות יפתח, הנגב וכרמלי לתל אביב - וכוח זה טיהר את הרחובות והסיר את המצור משתי המפקדות. בנוסף שלח אלון גדוד נוסף של צה"ל, לעצור ולפרוק את הנשק של כוח של אנשי אצ"ל שערקו מיחידותיהם בצה"ל והתקדמו מכיוון סרפנד אל תל אביב.
אלון העריך שיש לו שלוש אפשרויות - לפתוח באש כבדה על "אלטלנה" ולגרום אבדות כבדות, להניח לאנשי האניה לרדת לחוף עם עוד נשק, דבר שהוא מעריך שיגרום עוד קרבות רחוב עקובים מדם. במקום שתי אפשרויות אלה, הוא פונה למטכ"ל של צה"ל וביקש שיטיל על חיל התותחנים - שלא נתון לפיקודו, לירות כמה פגזי הזהרה לקרבת האלטלנה, לפני הגשת אולטימטום לכניעה. לפי מקור אחר, בשעה 15:30 מסרו כוחות צה"ל לסגן רב החובל של "אלטלנה" אולטימטום, שכלל דרישה לכניעת האונייה עד שעה 16:00.
בשעה 16:00, לאחר שחלף מועד האולטימטום, פתח תותח של צה"ל באש התראה לעבר האונייה. הפגז השני שנורה מהתותח פגע במחסן האונייה וגרם להתלקחות דליקה. לטענת אלון הפגיעה הייתה בטעות ולא מכוונת. לאחר שנכשלו המאמצים לכבות את האש המתפשטת, נאלץ רב-החובל לפקוד על נטישת הספינה מחשש להתפוצצות חומרי הנפץ שעל סיפונה. האנשים שהיו על "אלטלנה" קפצו אל המים, וחבריהם, שהיו על החוף, יצאו לקראתם עם סירות חסקה.
לפי אלון, מרגע שנודע לו על הפגיעה, הוא פקד על חלק מאנשיו להניח את נשקם, לקפוץ לים ולהחיש עזרה לאנשי האניה. לאחר מכן התקשר למטכ"ל לבקש מהם שיורו להפסיק את אש התותחים, וכן להזעיק את חיל הים לפעולות הצלה של אלטלנה.
יצחק רבין כתב בזכרונותיו, שבראותם את ה"אלטלנה" בוערת, אנשי האצ"ל על החוף נתקפו בהיסטריה וצעקו "בגין על האונייה! הצילו את בגין!". לפי עדות רבין, אנשי הפלמ"ח הגבירו בתגובה את עוצמת האש שירו על האונייה, ואילו הוא ומפקדים נוספים של הפלמ"ח, שנמצאו במלון ריץ (מטה הפלמ"ח בתל אביב), ניסו להפסיק את הירי על האונייה לאחר שהבינו שהקרב נסתיים למעשה ולא נשקפת עוד סכנה מצד "אלטלנה": "אש תופת, בעוצמה בלתי רגילה, מכל כלי-הנשק, נפתחה לעבר האונייה. משקעי השנאה של אנשי הפלמ"ח וה"הגנה" כלפי הארגונים [ארגוני "הפורשים" - האצ"ל והלח"י] ומנהיגם מצאו ביטויים בעוצמת האש. איני יודע אם מנחם בגין נמצא על האונייה. אני יודע שהאונייה בוערת, שהפרשה הזאת מחוסלת ואין צורך בנפגעים נוספים. אני עושה כל מאמץ, יחד עם המפקדים האחרים, להפסיק את האש".