האונייה יצאה לדרכה בחשאי, מבלי להודיע למפקדת אצ"ל בישראל, אך דבר הפלגתה התגלה על ידי הסוורים בנמל שפתחו בשביתה והדליפו זאת לצהובון בריטי (כנראה בשל מסדר שנעשה בנמל לפני העלייה) וממנו הגיעה השמועה לרויטרס, AP, ולבסוף גם ל-BBC. שם שמע לראשונה מנחם בגין, מפקד אצ"ל, על ההפלגה. בגין ניסה לעכב את הגעת האונייה, אך ללא הצלחה. לטענת אליהו לנקין, מפקד האונייה, הסיבה הייתה בעיות קשר אך יש הטוענים כי לנקין העמיד פנים שמערכת הקשר לא עובדת.
משא ומתן.
נציגי הממשלה הציעו למנחם בגין שהממשלה תרכוש את כל הנשק שעל הסיפון, ובשל כך נערכה ישיבה של מפקדי האצ"ל ובה נדונה הצעת הרכישה, בגין התנגד נחרצות בטענה כי אין אנשי האצ"ל סוחרי נשק. ב-15 ביוני נועד מנחם בגין עם נציגי ממשלת ישראל, והודיע להם כי האונייה מפליגה לעבר חופי ישראל בניגוד להוראתו. ישראל גלילי העביר לבגין את הנחיית ראש הממשלה, דוד בן-גוריון, כי על האונייה להגיע במהירות, שדר שהצליח להגיע אל האונייה. ב-16 ביוני התקיימה פגישה בין נציגי אצ"ל לנציגי משרד הביטחון, שבה עלו חילוקי דעות בדבר חוף היעד של "אלטלנה". בניגוד להצעת אצ"ל שהספינה תפרוק את העולים והציוד הצבאי שעל סיפונה בנמל תל אביב שם היו לאצ"ל תומכים רבים, החליטה הממשלה שהיא תעגון בחוף כפר ויתקין, במאמץ לשמור בסוד את דבר קיומה ממשקיפי האו"ם.
למרות הסיכום במחלוקת בדבר חוף היעד, נותרה אי-הסכמה משמעותית בנוגע לחלוקת הנשק שעל סיפון האונייה: בגין דרש כי חמישית מהנשק יועבר ל"גדוד הירושלמי", והשאר ליחידות צה"ל עם קדימות ליחידות אצ"ל. בן-גוריון הסכים שחלק מהנשק יועבר לירושלים, אך עמד על כך ששאר הנשק יופקד ישירות בידי צה"ל ללא תנאים מוקדמים, ורק לאחר מכן יוחלט מה ייעשה בו. עיתוי ההגעה של אלטלנה לחופי ישראל, יצר בעיה נוספת לממשלת ישראל, משום שהספינה נשאה ציוד צבאי, והנשק שהיה על סיפונה היווה הפרה של החלטת אמברגו הנשק של מועצת הביטחון ושל תנאי ההפוגה.
ישיבת הממשלה ב-20 ביוני.
ב-20 ביוני בשעות הערב נערכה ישיבת ממשלה שעסקה בנושאים שונים ביניהם המצב החמור בירושלים. בסוף הישיבה, ניתנה סקירה של התפתחות הפרשה. לפי הדיווח הייתה בחוף ויתקין התכנסות כ-500 אנשי אצ"ל.
בן-גוריון מודיע כי:
בן-גוריון מעלה חשש נוסף והוא החלשת מעמדה של הממשלה במגעים עם שליח האו"ם לארץ ישראל, הרוזן ברנדוט, משום שהאחרון עלול להגיע למסקנה כי הממשלה הזמנית אינה שולטת במתרחש במדינת ישראל.
כל השרים שדיברו בישיבה, כולל מרדכי בנטוב, הרב פישמן-מיימון, יצחק גרינבוים אחזו בדעה כי עדיף להימנע מקרב ככל האפשר, ולשם כך יש לרכז כוח גדול שירתיע את אנשי האצ"ל. כפי שביטא זאת גרינבוים: .
עולה גם החשש כי כוחות צה"ל במקום לא יספיקו להתארגן בזמן כדי למנוע פריקה של מספיק נשק כך שיתפתח משבר רציני עוד יותר. הרב פישמן טוען כי "אם אפשר לרכז כוח במידה שיספיק כדי לאיים עליהם - צריך לעשות את הדבר." לכך עונה בן-גוריון "לאיים אפשר רק אם מוכנים גם לפעול. הם אינם ילדים ויש ערך לאיום רק כשהוא רציני... אם נכון הדבר שיש להם 5,000 רובים ו-250 מכונות ירייה הרי מה שהם עושים עתה הוא משחק ילדים לעומת מה שיעשו מחר. ואז תהיה שתי מדינות ושני צבאות." הרב פישמן שואל אם צריך לתת התראה לבגין ובן-גוריון אומר כמובן שכן.
בן-גוריון מבהיר כי מטרת הכוח היא מניעת הורדת הנשק לחוף, ואם אין ברירה יעשה שימוש בכוח שמונה שרים הצביעו בעד, ושר אחד, הרב פישמן, נמנע. נוסח ההחלטה הוא "מחליטים פה אחד לתת סמכות למטה לפעולה נגדית, אם ירכז כוח מספיק במועד הדרוש. על המפקד במקום להשתדל למנוע בלי כוח, אם לא יקבלו דינו - ישתמש בכוח".
הגעת האניה לכפר ויתקין.
האונייה הגיעה לכפר ויתקין בשעות הערב המאוחרות של 20 ביוני, והחלה לפרוק אנשים וציוד. בין המקבלים את פניה היו מספר חברי אצ"ל, ובתוכם בגין עצמו, מספר חיילי הפלי"ם (פלוגות הים של הפלמ"ח) שהתאמנו בפעולות הנחתה וחברי מושב הדייגים מכמורת. חיילי הפלי"ם סייעו בפריקת העולים מהספינה, משהחל הוויכוח על יתרת הנשק שנותר בספינה, הוציאו חיילי הפלי"ם את סירותיהם מכלל שימוש וטענו כי אינם יכולים להמשיך בפריקה.
בשעה 11.00 בערב שיגר יגאל ידין, ראש אגף המבצעים במטכ"ל צה"ל, מברק למפקדי חטיבות "קרייתי" ו"גבעתי": "לרגל אפשרות של התקוממות גדודי האצ"ל לפקודתך בעקב פעולות העלולות להתרחש מהלילה, עליך לנקוט בכל האמצעים הפרבנטיבים שהגדודים הנ"ל לא יוכלו לבצע את ההתקוממות הזאת". חיילי חטיבת גבעתי סירבו לבצע את המשימה. לאור זאת, נדרש דן אבן (אפשטין), מפקד חטיבת אלכסנדרוני, לכתר עם חייליו את כפר ויתקין, ולהחרים את ציוד האונייה. בנוסף לחטיבת אלכסנדרוני הובאו למקום כוחות מחטיבה 7, גדוד 89 (הקומנדו מחטיבה 8 בפיקודו של משה דיין) ופלוגה מהגדוד השישי (שהובאה ממחנה פרדס-חנה).
פקודת הכיתור של כוחות אצ"ל על ידי כוחות צה"ל, הושלמה בבוקר יום המחרת, 21 ביוני. אנשי אצ"ל ראו בזמן זה שתי אוניות מלחמה של צה"ל שסוגרות על האלטלנה מהים. בשעות הבוקר ניסו משאיות האצ"ל לצאת החוצה אבל נתקלו במחסומים של צה"ל. את המחסום הראשון פרקו ואילו במחסום השני נתקלו בחיילי צה"ל שאיימו לפתוח באש אם ינסו לפרוץ את המחסום.
מספר דקות לאחר מכן, שלח דן אבן שליח לבגין עם אולטימטום קצר מטעם משרד הביטחון, למסירת האונייה על תכולתה לרשות הצבא. האולטימטום דרש תשובה תוך 10 דקות. הנימוק שניתן על ידי הממשלה לזמן הקצר היה כי שהות ארוכה בחוף עלולה לגרום לנהירה המונית של אנשי אצ"ל לחוף ולהחרפת העימות בין שני הצדדים. בנאום לפני העולים החדשים על סיפון אלטלנה, אמר בגין שהנשק שעל הספינה נועד ליחידות האצ"ל כדי להגן על ירושלים, ולכן אין כוונה למסור אותו לרשות צה"ל. עוד אמר שהאצ"ל יגן על ירושלים וצבא ההגנה לישראל (הגנה בהדגשה - בציניות) יגן על תל אביב.
בגין ראה באולטימטום הדחוק עלבון, וסגנו יעקב מרידור ניסח זאת כך: "איך זה תוך עשר דקות נותנים אולטימטום? מה זה? אנחנו פושעים? איזו גישה זאת? לא עשינו בשביל המולדת משהו, כדי שהם יוכלו לתת את הפקודות האלה? זה קומם אותנו". בגין טען זמן קצר לאחר מכן כי לא הייתה לו אפשרות לענות תוך עשר דקות וכי הוא רוצה לדבר עם דן אבן.
חלפו עוד מספר שעות שבהן אנשי האצ"ל המשיכו לפרוק את ארגזי הנשק מהספינה, ללא מימוש האולטימטום.
לפי בן-גוריון, היות שניתנו הוראות ברורות לפיקוד הצבא, לא היה לו יותר מה לעשות, והוא לא היה מעורב בנושא עד לפנות ערב. ראש אגף מבצעים, יגאל ידין (שתפקד בעצם כרמטכ"ל באותו זמן) נסע לכפר ויתקין בעצמו וניהל את הפעולות שם.
גילוי האונייה על ידי כוחות האו"ם.
אנשי האו"ם גילו את דבר בוא ספינת הנשק ואת מקום נחיתתה. מספר שעות לאחר הגעתה, בשעות הבוקר של 21 ביוני, נשלח לחוף ויתקין מטוס של האו"ם שחג מעל הספינה. אנשי האצ"ל הבינו כי קיומה התגלה. למרות זאת המשיכו אנשי האצ"ל בפעולות פריקת הנשק. מאוחר יותר שלח האו"ם גם שני פקחים לכיוון הספינה אולם אנשי האצ"ל מנעו מהם להתקרב אליה.
טיסת האווירון מעל האנייה, נודעה לשר החוץ, משה שרת בשעות הבוקר של אותו יום. יתר על כן, לטענת שרת, עוד באותו בוקר כינסו אנשי האצ"ל עיתונאים ודיווחו על האניה לכתבים, ומשם הדבר הגיע גם לאנשי האו"ם. שרת הגיע למסקנה כי משרד החוץ חייב לדווח לאו"ם על הנושא כדי שישראל לא תואשם בהפרת האמברגו.
בשעות אחר הצהרים של אותו יום, שלחו אנשי האו"ם שליחים לשרת כדי לקבל הבהרות. שרת היה באותו זמן עסוק בכתיבת מכתב לאנשי האו"ם לדווח על האוניה ועל כך שמדובר במורדים נגד המדינה. אנשי האו"ם סברו בתחילה כי מדובר בהגעתן של שלוש ספינות נשק, אולם הובהר להן כי שתי ספינות הן ספינות משמר החופים.
קרב בכפר ויתקין.
נוכח הסירוב להיענות לאולטימטום, ומשניסו משאיות הנשק לפרוץ את המצור, החלו בשעות הערב של 21 ביוני, חילופי-אש, שבהם נהרגו ארבעה אנשי אצ"ל ושני חיילי צה"ל. בנוסף נפצעו 14 אנשי אצ"ל ו-3 חיילי צה"ל. מפקד האצ"ל במקום ביקש הפוגה של 45 דקות לפינוי הפצועים, בכלי רכב של האצ"ל. מפקדי צה"ל במקום הסכימו להפסקת האש ולפינוי הפצועים ברכבים של צה"ל. בשעה תשע בערב הודיע "קול ישראל" כי הוטל עוצר על העיר נתניה.
רוב הנשק שהביאה האוניה נותר בה, אבל חלק ממנו נפרק לחוף. לפי הערכת תנועת חירות, כ-2000 רובים (כ-40% מהרובים באוניה), מאות מכונות ירייה וכמיליון כדורים (25%) נפרקו לחוף והגיעו בסופו של דבר לידי צה"ל. גם לפי הערכת הממשלה חלק מהנשק נפרק בחוף אבל רובו נותר באונייה.
בשלב זה האונייה נמלטה אל לב ים ועל סיפונה בגין וכ-100 אנשי אצ"ל, מיעוטם עולים. לפי מרידור הסיבה לכך הייתה חשש לחייו של בגין. בגין עצמו נימק את ההפלגה ברצון להתייעץ עם חבריו ולהגיע להסדר לפריקת הנשק. האניה הפליגה בתחילה לכיוון חיפה אך סבה לתל אביב בפקודת ספינות חיל הים.
ביום המחרת, 22 ביוני, הסכים יעקב מרידור שנותר כמפקד האצ"ל בכפר ויתקין להיכנע. הדבר כלל מסירת כלי הנשק והרכבים במקום לידי צה"ל, ומסירת מכתב אישי מכל אחד מאנשי האצ"ל שיספק את פרטיו וכן התחייבות להופיע בפני השלטונות אם ידרשו לכך. שני הצדדים התחייבו לשחרר שבויים שהיו בידם.
קרב בבית דגן.
אנשי אצ"ל לשעבר שהיו בגדודי צה"ל בדרום הארץ, עזבו את עמדותיהם כדי לסייע לכוחות האצ"ל. ב-21 ביוני, כוח של לוחמי אצ"ל לשעבר שגויסו לגדוד 57 של חטיבת גבעתי, נטש את עמדותיו בחזית ליד רמלה (שטרם נכבשה), השתלט על נשק ועל כלי רכב של צה"ל ויצא בשיירה לכיוון כפר ויתקין.