ב-17 ביולי בשעה 22:00 החלה התקיפה הקרקעית על רצועת עזה כאשר גדוד "בזלת" 50, גדס"ר נח"ל, גדוד 931 וגדוד 932 של חטיבת הנח"ל, גדוד צבר, יחידת רימון של חטיבת גבעתי ומערך הצמ״ה יחד עם כוחות שריון מ-חטיבה 401, וגדוד 601 של חיל ההנדסה הקרבית ובמקביל כוחות מחטיבת הצנחנים ומגדוד 196 (חטיבה 460). חיל הרגלים, חיל ההנדסה הקרבית, חיל השריון וכוחות מיוחדים חצו את גדר המערכת והחלו בתקיפה על הערים בית חאנון שבצפון הרצועה במקביל להתקפה על הערים ח'אן יונס ורפיח שבדרום הרצועה.
הכוחות ספגו התנגדות כבדה בשל היותם הכוח הקרקעי הראשון שנכנס ללחימה והפעילו, בליווי חיל האוויר, אש מסיבית מאוד על הערים על מנת לנטרל התנגדות לכניסה למבנים.
ב-20 ביולי נכנסה חטיבת גולני לשכונת שג'אעיה ושם התפתח אחד הקרבות הקשים במבצע, שבו נהרגו 13 חיילי גולני, 7 מתוכם נהרגו בנגמ"ש שספג טיל נ"ט, ובהם אורון שאול, שגופתו עדיין מוחזקת כקלף מיקוח בידי החמאס. הפלסטינים דיווחו על 40 הרוגים ו-400 פצועים, דבר שהוביל את חמאס לבקש מישראל הפסקת אש הומניטרית לפינוי הנפגעים. צה"ל הסכים להפסקה בת שעתיים שהופרה על ידי חמאס לאחר כ-40 דקות. למרות זאת, צה"ל האריך את הפסקת האש עד 17:30 לבקשת הצלב האדום. בנוסף החל צה"ל בהקמת בית חולים שדה ליד מעבר ארז כדי לקלוט פצועים פלסטיניים. בסך הכל נהרגו בקרבות הקשים בשג'אעיה 87 פלסטינים ונפצעו מאות.
במהלך כל המבצע הקרקעי סיפק חיל התותחנים חיפוי בירי ארטילרי לצד המשך התקיפות וההפצצות של חיל האוויר הישראלי. המחבלים המשיכו בירי הרקטות לעבר ישראל, אך כמות השיגורים פחתה. חמאס שיגר רקטות גם מבתי ספר, בתי חולים וכן ממתקנים של אונר"א, תוך שימוש באזרחים כמגן אנושי. במספר מקרים השיב צה"ל אש אל מקורות הירי במתקני אונר"א, דבר שגרם לנפגעים בקרב הפלסטינים ששהו שם ולביקורת בינלאומית על ישראל. ב-28 ביולי טענו הפלסטינים שצה"ל הפגיז את בית החולים שיפא בעזה וכן גן ציבורי במחנה הפליטים א-שאטי וגרם לכעשרה הרוגים פלסטינים, בהם ילדים, אך בדיקת צה"ל העלתה שלא מדובר בירי ישראלי אלא בשני המקרים מדובר בשיגורים כושלים של חמאס.
כמו כן, בוצע מהלך קרקעי של שלושה צוותי קרב חטיבתיים לעבר שלושה אזורי מנהרות במזרח רצועת עזה: גדוד 932 וגדוד 50 של הנח"ל באזור בית להיא שבצפון הרצועה. במרכז הרצועה, באזור ח'וזאעה ובדרום, באזור העיר רפיח, גדוד צבר של גבעתי. גדודי ההנדסה לחמו רגלית וסייעו לכוחות החי"ר והשריון בערים השונות ברצועה, בתחום הלוחמה בשטח בנוי והלוחמת תת-קרקע ומחלקות ח"יר וחה"ן ביצעו סריקות במנהרות ובתים ברצועה.
בעקבות נפילת רקטה ביהוד סמוך לנמל התעופה בן-גוריון ב-22 ביולי הודיעו עשרות חברות תעופה אמריקניות ואירופאיות על הפסקת טיסותיהן לישראל וממנה. שינוי מדיניות היירוט של רקטות לאזור נתב"ג הביא לחידוש הטיסות.
המחבלים ערכו מספר פיגועי חדירה בשטח ישראל דרך מנהרות תת-קרקעיות וגרמו לנפגעים, בהם הרוגים.
הפעילות הקרקעית לוותה בחילופי אש כבדים בין כוחות צה"ל למחבלים, בהם נהרגו עשרות חיילים ומאות מחבלים. בין הקרבות הקשים בבית חאנון בולט קרב שכונה "17 דקות בגיהנום", כאשר ב-25 ביולי נתקל כוח פלוגת המבצעית של גדוד 931 של חטיבת הנח"ל יחד עם כוח יהל"ם וכוח יחידת עוקץ בחוליית חמאס בת 18 מחבלים, אותם הרג הכוח בחילופי אש, ובמהלכם נהרגו שני חיילי צה"ל. על הקרב קיבל הגדוד צל"ש מפקד אוגדה. קרב קשה נוסף היה בחרבת אחזעה בו נהרג מפעיל D9, על הקרב קיבלו ארבעה חיילים צל"שים, שלושה מהם מחיל ההנדסה הקרבית. בחירבת חיזע'ה בדרום רצועת עזה, נערכו גדוד 603 של חיל ההנדסה יחד עם גדוד 101 של צנחנים לשהות באזור לצורך סריקות, חשיפות זירת מטענים, אמל"ח ומנהרות ומצאו ממצאים אלו יחד עם פיר מנהרה. על מגדל מים נמצא אמצעי ראיית לילה של החמאס ובמסגד צמוד נמצא מרתף עמוס בכלי נשק וחבלה. מחלקת ההנדסה קיבלה משימה לפוצץ את הפיר, המסגד ומגדל המים והתפתח קרב יריות קשה בין מחלקת ההנדסה ומחלקת הצנחנים לבין המחבלים.
החל מ-26 ביולי ניסו גורמים בינלאומיים מספר פעמים להגיע להפסקת אש הומניטרית בין צה"ל לחמאס, אך בעוד שישראל הסכימה ליוזמות אלה חמאס הפר את הפסקות האש פעם אחר פעם. ההפרה החמורה ביותר התרחשה ב-1 באוגוסט בקרב רפיח: חמאס הרג שלושה חיילים וחטף אחד מהם (שלאחר מכן קבע צה"ל את מותו) אשר במהלכו נתגלו פריטי מידע שאפשרו לקבוע את מותו של החייל הנעדר, בעקבות תקרית זו הופעל נוהל חניבעל וצה"ל המטיר על רפיח אש כבדה, ממנה נהרגו עשרות פלסטינים.
ב-3 באוגוסט סיימו כוחות חיל ההנדסה הקרבית להשמיד כמעט את כל מנהרות החדירה (בנוסף לחיסול מחבלים ותשתיות טרור בלחימה לצד הכוחות). כוחות צה"ל נערכו מחדש מסביב לרצועה. ב-5 באוגוסט החלה הפסקת אש ל-24 שעות.
לחימת צה"ל ברצועה ספגה התנגדות, וכתוצאה מכך נהרגו חיילים לאחר סבב לחימה ארוך, תוך כדי חילופי אש, היתקלויות וירי נ"ט. מחיל הרגלים נהרגו 44 לוחמים, מחיל השריון נהרגו 14 לוחמים, מחיל ההנדסה הקרבית נהרגו 3 לוחמים. מהכוחות המיוחדים: מיחידת מגלן נהרגו 3 לוחמים, מיחידת עוקץ 2, יחידת אגוז 3 לוחמים ויחידת יהל"ם לוחם אחד.
לבסוף תוצאות המלחמה והשלכותיה הביאו לכך שחיל הרגלים, חיל ההנדסה הקרבית, חיל השריון וכוחות מיוחדים נוספים אחרים השמידו מנהרות ותשתיות טרור ובתים, כולל מסגדים, מחנות פליטים, בתי חולים ועוד. חיסלו ונטרלו מחבלים במגע, חשפו זירות מטענים, איתרו אמל"ח רב ועוד בערים שונות ברצועה (ח'אן יונס, בית חאנון, חירבת חיזע'ה, בית להיא, רפיח, שג'אעיה, נחל עוז, כרם שלום). יחידות אלו לקחו חלק רב בלחימה בנושא הלוחמה בשטח בנוי, לוחמת מנהרות והמלחמה עצמה ברצועת עזה.
הפעילות המבצעית בשלב השלישי - הפסקות אש.
שלב זה (בין 5 באוגוסט ל-18 באוגוסט: 14 ימים), התאפיין בהפסקות אש אחדות ובניסיונות להגיע להסכם שמקובל על שני הצדדים. ישראל סירבה לנהל משא ומתן תחת אש ולכן לאורך השיחות שהתקיימו בקהיר, נשמרה הפסקת האש. עם זאת, חמאס הפר כמה מהפסקות האש והחל לירות בסיומן של אחרות. ימי הלחימה בשלב זה היו מועטים ועמדו על שלושה ימים.
הפעילות המבצעית בשלב הרביעי - חידוש הלחימה.
שלב זה, (19 באוגוסט ל-26 באוגוסט: 8 ימים), שהחל בהפרת הפסקת האש על ידי חמאס, התאפיין בירי כבד של רקטות ופצמ"רים על ישראל, ומנגד בתקיפות מהאוויר והים שביצע צה"ל, עם דגש על סיכולים ממוקדים נגד בכירי חמאס. ב-19 באוגוסט תקף צה"ל בית בשכונת שייח' רדואן שבעזה במטרה להרוג את מוחמד דף, ראש הזרוע הצבאית של חמאס. בתקיפה נהרגו אשתו, בתו ובנו של דף; דף עצמו נפצע קשה אך שרד את התקיפה. בתגובה לכך ביצע חמאס ירי רקטות כבד לעבר הדרום, ואף הרחיב אותו בהמשך גם לאזורי השפלה, גוש דן וירושלים. ב-21 באוגוסט נהרגו בסיכול ממוקד שלושה בכירי חמאס: ראאד אל-עטאר (מפקד חטיבת רפיח וממתכנני חטיפת גלעד שליט), מוחמד אבו שמאללה ומוחמד ברהום (מפקדי חטיבת דרום של גדודי עז א-דין אל-קסאם). ב-24 באוגוסט הרג חיל האוויר בסיכול ממוקד את מוחמד אלע'ול, אחראי הכספים של החמאס.
בימים האחרונים של שלב זה, צה"ל פגע ומוטט מספר רבי קומות בעזה, תוך הפעלת נוהל אזהרה "הקש בגג" לצמצום נפגעים אזרחיים.
בעקבות תקיפת הבכירים, חמאס הוציא להורג באופן פומבי למעלה מ-21 פלסטינים, בהם פעילי חמאס, בחשד ששיתפו פעולה עם ישראל. לפי תאופיק טיראווי, בכיר בפת"ח, חלק מהמוצאים להורג היו קצינים במנגנוני הביטחון של הרשות הפלסטינית.
מנגד, חמאס ריכז את מאמציו בירי מטחים כבדים ומתמשכים, בעיקר של פצמ"רים, כל יום על יישוב אחר בעוטף עזה, לצד המשך ירי הרקטות על שאר ישראל לרבות יישובי הדרום,השפלה, גוש דן ואף יישובי השרון ואזור ירושלים. באותה תקופה ביצע חמאס למעלה מ-120 ולעיתים אף למעלה מ-160 שיגורים של רקטות ופצמ"רים מדי יום. ירי הפצמ"רים היה קטלני וממנו נהרגו 3 ישראלים בעוטף עזה.
מהלכים מדיניים ותגובות בינלאומיות.
בשלב הראשון של המבצע.
סמוך לתחילת המבצע הקרקעי החלה פעילות מדינית בינלאומית ענפה שכללה יוזמות שונות להביא להפסקת אש. משרד החוץ התארגן במהירות כדי לקלוט ביקורי אח"מים, בהם שרי החוץ של גרמניה, איטליה, צרפת, נורווגיה, ארצות הברית ובריטניה, מזכ"ל האו"ם, באן קי-מון, ומשלחות פרלמנטריות ממדינות שונות. במקביל, מערך הדוברות וההסברה של משרד החוץ נערך למבצע הסברה רחב היקף בתקשורת הבינ"ל וברשתות החברתיות. בד בבד, המשיכו נציגויות ישראל בעולם לפעול באופן אינטנסיבי מול מקבלי החלטות ומעצבי דעת קהל, במטרה להשיג גיבוי וחופש פעולה מקסימלי לפעולה הצבאית ולהכשיר את הקרקע למתווה מדיני שיאפשר את סיום הלחימה.
ב-14 ביולי גיבשה מצרים הפסקת אש, והציעה שתיכנס לתוקפה ב-09:00 בבוקר ה-15 ביולי. הקבינט המדיני-ביטחוני של ממשלת ישראל קיבל את ההצעה וצה"ל נצר את האש. לעומת זאת, חמאס ושאר ארגוני הטרור שברצועת עזה סירבו להצעה המצרית והמשיכו בירי רקטות כבד על ישראל. בשל כך, ישראל השיבה באש אל רצועת עזה והודיעה על חידוש הלחימה. בבוקר ה-17 ביולי סוכל פיגוע חדירה גדול של חמאס דרך מנהרה תת-קרקעית, דבר שהוביל באותו ערב לתחילת מתקפה קרקעית של ישראל בתוך רצועת עזה כנגד המנהרות. מצרים האשימה את חמאס בכניסה הקרקעית ובנזק שיגרם ממנה בגלל סירובו להפסקת האש.