כוח הפלישה הסורי כלל את הבריגדה (חטיבה מוגברת) הראשונה, שהסתייעה בגדוד שריון, אשר כלל טנקים קלים ושיריונית, בגדוד תותחי שדה ובסיוע אווירי. מפקד הבריגדה היה הקולונל עבדאללה וואהב אל-חכים. הסורים הסתייעו בכך שכאמור, בגזרה דרומית יותר, באזור קיבוץ גשר, פלש לארץ הצבא העיראקי, דבר שאילץ את 'ההגנה' לפצל את כוחותיה, וחלק חשוב מן הכוח הישראלי ניהל בעת פלישת צבאות ערב את הקרב על קיבוץ גשר.
ישראל.
לקראת הפלישה היה משה מן, מפקד חטיבת גולני, מפקד כוחות ההגנה באזור. החטיבה, שהופקדה גם על גזרות נוספות, הקצתה לגזרת עמק הירדן את רובו של גדוד 'ברק' (12). הגדוד החזיק שתי מחלקות בטבריה כעתודה, ופלוגת חי"ם מופחתת בצמח. פלוגה אחת הוקצתה לגזרת אשדות יעקב-גשר. פלוגה אחרונה זו הקצתה מחלקה אחת למשטרת גשר ושתי מחלקות לאשדות יעקב.
חברי היישובים בעמק הירדן היו מאורגנים להגנה ביישוביהם. מערך ההגנה באזור התאים תחילה יותר להתגוננות כנגד כוחות בלתי סדירים, ולא כנגד צבאות של ממש המצוידים במטוסים ובתותחים. כך למשל, היו עמדות אשר בלטו מעל פני הקרקע, או שלא היו עמוקות דיין, תעלות הקשר היו רדודות וכיוצא באלה. עם זאת, לאחר שהלך והתברר כי האזור נמצא על ציר הפלישה, היישובים, באופן חפוז, חוזקו ובוצרו לקראת הבאות, וכן תוגברו בחיילים. לרשותם עמד נשק קל: רובים, תת-מקלעים ומקלעים. כנשק אנטי טנקי שימשו בעיקר בקבוקי תבערה, אך היו לרשות המגינים מספר פיא"טים. בבית ירח הוצבו שני תותחי 20 מ"מ.
פלישת הסורים.
ב-14 במאי 1948 קיבלה הבריגדה הסורית הראשונה, שחנתה בדרום לבנון, הוראה לנוע דרך רמת הגולן, להגיע לאזור בקעת כנרות ולהתמקם שם לפני התקפה על הכוחות היהודיים. במוצאי ה-15 במאי 1948 נראו המכוניות המוארות של הטור הסורי בעברן בכפר חרוב לאורך רכס הגולן.
הסורים תפסו את תל אל-קאסר (כעת קיבוץ תל קציר) ובשעה 01.00 פתחו בהרעשת תותחים ומרגמות על עין גב. בבוקר ה-16 במאי 1948 הפציצו מטוסים סוריים את יישובי העמק והחלה הרעשת תותחים על מסדה ושער הגולן.
שתי פלוגות סוריות ירדו מתל אל-קאסר בחיפוי תותחים ומשוריינים, ונעו לכיוון צמח. תוך זמן קצר הסורים הצליחו לכבוש את המחנה הצבאי הבריטי ומחנה ההסגר לבהמות (הקרנטינה). באותה העת הגיעו לצמח כוחות גדוד 12 שחנו בטבריה, והתארגנו להגנה במשטרה ובמבנים סמוכים. ההתקפה נבלמה, והסורים הסתפקו באותו יום בביסוס כיבושיהם תוך המשך הפגזות תותחים והפצצות אוויריות.
באותו זמן נעה פלוגה מתל א-דוויר (כיום תל דובר, מדרום לכביש 98 ומצפון לאפיק הירמוך) למכון המים שעל הירמוך, כק"מ מערבה משם, ששימש עמדת הגנה קדומנית של מסדה ושער הגולן. העמדה נכבשה, וכל הלוחמים בה, פרט לאחד, נהרגו. הרגלים הסורים בחיפוי משוריינים המשיכו להתקדם לעבר שער הגולן, אולם אנשי המשק, בעזרת תגבורת של מחלקה מגולני ושני תותחי 20 מ"מ, הצליחו לפגוע במספר משוריינים ולהדוף את התוקפים עוד בטרם הגיעו אל גדרות הקיבוץ.
בלילה נערך תמרון הטעייה של סירות על פני הכנרת שפתחו באש אל החוף כדי להגביר את מתיחות הסורים ולשבש את תוכניתם.
למחרת, ב-17 במאי 1948, ניסו הסורים לשוב ולתקוף את צמח בסיוע תותחים ושריון. התקפתם נהדפה בסיוע תותחי 20 מ"מ, אך הסורים המשיכו בהפגזות. בלילה נערך תכסיס הטעייה על ידי מכוניות שעלו לרכס פוריה באורות כבויים וירדו לעמק באורות גלויים כדי לעורר רושם של תגבורות המגיעות לעמק. באותו לילה פונו הילדים והלא-לוחמים מיישובי העמק.
נפילת צמח.
ב-18 במאי 1948 החלה ההתקפה המכרעת על צמח. כ-30 כלי רכב משוריינים ובהם טנקים מטיפוס רנו R-35, התפרסו בחיפוי הרעשה והחלו לנוע לכיוון צמח. ההרעשה ערערה את בתי החימר של העיירה ששימשו מסתור למגינים והחפירות לא היו עמוקות במידה מספקת. השריון הסורי תקף את צמח מדרום תוך כדי המטרת אש מדויקת. למגינים, אשר סבלו אבדות ועמדותיהם לא היו עמוקות דיין, לא נותרה ברירה אלא לסגת לבניין המשטרה כשאש הסורים מזנבת בהם ופוגעת ברבים מהם. מכונת ירייה שהוצבה על הגג חיפתה על הנסוגים. רק עם כיבוש צמח החל חיל הרגלים הסורי להתקדם. אחד משני תותחי ה-20 מ"מ שסייעו למגינים, יצא במהלך הקרב מכלל פעולה.
תגבורת של גדוד 12 בפיקוד הסמג"ד (אחיו של חיים לבקוב) ומפקד המחלקה משה כהן מהמושבה כנרת, הגיעה לפני הצהריים למשטרת צמח. לבקוב החל לארגן את הכוח שבמשטרה, אולם הטנקים הסורים סגרו עליה. לבקוב נתן ללוחמים הוראת נסיגה והוא ומספר לוחמים נשארו בבנין לחפות עליהם. כל הנשארים במשטרת צמח נהרגו. הנסוגים נאלצו לעבור את מאות המטרים עד לדגניות כשהם חשופים לאש הסורים ורבים מהם נהרגו ונפצעו. 54 לוחמים נהרגו בקרב על צמח. הסורים הסתפקו לעת עתה בכיבוש המשטרה, וייצבו את קוויהם בצמח ובמשטרה.
מטה חטיבת גולני שלח תגבורות מגדוד "דרור" (גדוד 14) של תושבי הגליל התחתון ועמק יזרעאל. למקום הגיעה גם פלוגה מן הגדוד השלישי של חטיבת יפתח, בפיקודו של מולה כהן, וזו התקיפה באותו לילה את משטרת צמח במטרה לחזור ולכבשה. התוקפים ספגו אש מבניין המשטרה ומכלים משוריינים שהיו בקרבתו ונסוגו. בכל זאת, ככל הנראה, ההתקפה שיבשה את לוח הזמנים של הסורים וגרמה לדחיית ההתקפה על הדגניות ב-24 שעות.
לנוכח חומרת המצב. הפיקוד העליון הפריד את גזרת עמק הירדן מגזרת גשר ומינה למפקדה את משה דיין.
נפילת שער הגולן ומסדה.
באותו לילה החליטו חברי מסדה ושער הגולן לנטוש את קיבוציהם ולהתפנות לקיבוץ אפיקים. מברק משער הגולן הגיע למפקדת הגזרה והודיע על הכנות לפינוי. מברק בהול שנשלח בחזרה ממפקד הגזרה ובו הוראה מפורשת שלא לעזוב את הנקודה, לא זכה לכל מענה. הנסוגים הגיעו לקיבוצים אפיקים ובית זרע. בבוקר ה-19 במאי 1948 קבלו הנסוגים הוראה לחזור אך המשקים היו כבר כבושים. בתחילה על ידי כפריים שעסקו בביזה, ובשעה 10.30 נכנס הצבא הסורי למסדה ושער הגולן. במשך חמישה ימי שהותם באפיקים ובבית זרע נבזזו הקיבוצים על ידי הצבא הסורי ועל ידי כפריים שחצו את הירמוך.
הקרב על הדגניות.
חברי היישובים בעמק הירדן תוגברו בלוחמים מ'גולני' ומהפלמ"ח, וכן הגיעו לדגניה א' הלוחמים שנסוגו מצמח. מספר המגינים תושבי המקום בדגניה א' היה כ-70 ובדגניה ב' כ-80. המגינים נעזרו בשני תותחי 20 מ"מ שהוצבו בבית ירח ובארבע מרגמות 81 מ"מ. לכל אחת מהדגניות היה מטול פיא"ט עם 15 פצצות. ה-19 במאי 1948 נוצל להתבצרות בדגניה א' ודגניה ב' והכנה לקראת ההתקפה המכרעת. בנוסף, לאחר ויכוח, הסכים בן-גוריון להעביר ארבעה תותחי שדה 65 מ"מ (נפוליאונצ'יקים) לעמק הירדן.
דגניה א'.
ב-20 במאי 1948 בשעה 04.30 הסורים החלו בהתקפה שיעדה גשר הירדן שמצפון לדגניה א', וכך, עיקר הקרב נערך מול העמדות הצפוניות-מזרחיות של המשק. תחילה הפגיזו הסורים את המשק וסביבתו במשך כחצי שעה, בתותחים ובמרגמות, וכן המטירו אש מקלעים. אחר כך נערכה התקפה ובה נטלו חלק חמישה טנקים, מספר משוריינים ופלוגת רגלים שנעה מצמח. הכוח המשוריין התפרס ותקף חזיתית את המשק, והכוח הרגלי התקדם מאחוריו. תחילה ירה השריון הסורי בכינון ישיר על עמדות ההגנה, אשר בלטו מעל פני הקרקע, ופגע בהן האחת אחר השנייה. כיוון שכך, המגינים שבאותן עמדות עברו אל תעלות הקשר. הטור המשוריין המשיך ופרץ את גדר המשק החיצונית. תותח 20 מ"מ פגע באחת השריוניות. טנק שחדר בעד הפרצה בגדר נפגע ונסוג. טנק אחד, שחדר גם בעד הגדר הפנימית, הגיע עד 30 מטר מהחפירה, נפגע בפגז פיא"ט והושמד בבקבוק מולוטוב. אנשי הצוות שלו נהרגו. טנק סורי נוסף נפגע מפגז מרגמה שלושה אינץ', ונסוג. יחידת רגלים סורית שנעה בעקבות הטנק שפרץ חוסלה באש המגינים. יחידה אחרת התקרבה עד למרחק כ-150 מ' מהמשק, ושאר כוח הרגלים לא הגיע לכלל מגע. ב-07.45 נבלמה ההתקפה, אך נמשכה אש מרגמות סורית, וזו גרמה לנפגעים בקרב המגינים. הטנק שהושמד נותר בשער הקיבוץ. קיימת מחלוקת היסטורית בשאלה מי עצר אותו.
דגניה ב'.
עוד בלילה שבין ב-19 ל-20 במאי, התקרבה יחידת חי"ר סורית לדגניה ב' וניסתה לחדור לקיבוץ, אך נתקלה בכוח סיור ונסוגה. לאחר הדיפת ההתקפה על דגניה א' הפנו הסורים את אש המרגמות לדגניה ב'. טור ובו שמונה כלי רכב משוריינים התקדם אל המשק וטנקים סורים הפגיזו את העמדות הקדמיות של הקיבוץ, אך כלקח מן הפגיעות בשריון בדגניה א', לא התקרבו מעבר לטווח של 400 מ' מהגדר. בהתקפת הסורים בבוקר ה-20 במאי נהרג מפקד דגניה ב' משה כהן ממושבת כנרת, ובפקודתו של משה דיין, נשלח להחליפו בנימין זרחי מנהלל. לקראת הצהרים, בחיפוי אש זו, ערכו שתי פלוגות סוריות התקפה על הקיבוץ. הכוח הסורי הגיע עד למרחק של כ-30 מטר מעמדות הקיבוץ, עד שנהדף באש המגינים. הסתערות נוספת של תריסר כלי רכב משוריינים ויחידת חי"ר נבלמה אף היא.
נסיגת הסורים.
אם כי הסורים נבלמו, הם עדיין היו ערוכים ליד הגדרות והמטירו אש על שני הקיבוצים. בשעה 13:20 הגיעו ארבעה תותחי 65 מ"מ, ללא מתקני הכיוון המקוריים, לרכס פוריה והחלו להפגיז את הסורים. הפגזים הראשונים, שנורו לשם טיווח, נפלו בכנרת. לאחר טיווח נוסף פגע פגז במצבור תחמושת בצמח והוא התפוצץ. אחר כך קירבו התותחים את הטווח ופגעו ברגלים ובשריון בין צמח ודגניה, אשר הופתעו מן ההפגזה. השדות היבשים החלו לבעור, החיילים הסורים נמלטו ובעקבותיהם השריון. עד הערב פינו הסורים את כל שדה הקרב, כולל את צמח, ונסוגו בחזרה לתל אל-קאסר.