אף על פי כן, בחודשי הרגיעה הסתמנה ירידה של כ-95% בכמות ההתקפות שיצאו מרצועת עזה, בשיגורי רקטות ופצמ"רים והן בירי והנחת מטענים. על אף עשרות הקסאמים שכן נורו, בעיר שדרות ובשאר היישובים הסמוכים לרצועת עזה הורגשו שקט והקלה במצב ביטחוני לראשונה מזה זמן רב.
במהלך הרגיעה העריך ראש השב"כ, יובל דיסקין, ש"בעזה יש רקטות שיכולות להגיע עד לקריית גת וייתכן שגם עד לאשדוד", ובמהלך המבצע התבררה הערכה זו כנכונה (רקטות הגיעו גם ליבנה).
התהדיאה נשברה ב-5 בנובמבר 2008 במבצע אתגר כפול שבו גדוד הסיור של הצנחנים (שרף), בפיקוד סא"ל ירון פינקלמן והמח"ט הרצי הלוי, השמיד בית ממולכד ומנהרה שחפר החמאס שלוש מאות מטרים מעבר לגדר הגבול עם רצועת עזה. המנהרה הייתה אמורה לשמש לפעילות טרור. במהלך הפעילות הרגו הצנחנים שישה מחבלים. חמאס הגיב בירי פצמ"רים, ממנו נפצעו 4 חיילים, בירי עשרות רקטות קסאם על עוטף עזה ובירי רקטות על אשקלון. ירי הרקטות נמשך גם אחרי שישראל נצרה את האש, ובתגובה סגרה ישראל את המעברים לרצועה. הירי נמשך לכל אורך חודש נובמבר 2008, קצבו היה גבוה פי 50 מאשר בחודש אוקטובר שקדם לו, והוא נמשך גם אל חודש דצמבר עד לתחילת המלחמה. בתגובה הורה שר הביטחון, אהוד ברק, על סגירת המעברים עד שהירי יפסק.
ב-18 בדצמבר 2008, יום לפני המועד שנועד לסיום הרגיעה, הודיע חמאס על סיומה באופן רשמי. ב-21 בדצמבר, קבע ראש השב"כ יובל דיסקין כי החמאס מעוניין בהמשך הרגיעה אבל רוצה לשפר את תנאיה. ב-22 בדצמבר הצהיר בכיר חמאס מחמוד א-זהאר כי חמאס מעוניין לחדש את הרגיעה ולהרחיבה לגדה המערבית, וינצור את האש אם ישראל תפתח את המעברים. יום לאחר מכן אף הסיר את דרישתו להרחבה וקרא לחידוש הרגיעה בתנאים הקודמים. ב-24 בדצמבר ירו ארגוני הטרור ובראשם חמאס למעלה מ-60 רקטות קסאם, גראד ופצצות מרגמה אל עבר אשקלון, שדרות ויישובי עוטף עזה.
מהלך המבצע.
ההכנות למבצע.
תכנונים והכנות למבצע החלו לפחות מספר חודשים לפני שהחל, לנוכח ירי הרקטות על ישראל.
אגף המודיעין (אמ"ן) והשב"כ, בסיוע הרשות הפלסטינית בגדה המערבית, אספו מידע על המתרחש ברצועת עזה ובנו בנק מטרות של החמאס והג'יהאד האסלאמי ברצועה. צה"ל בכלל ופיקוד הדרום בפרט החלו לתכנן תקיפה כללית ומסיבית על המטרות שברשימה תוך שמירה על יתרון ההפתעה ויצירת הלם, פחד ובלבול בקרב החמאס. בהנחיית הרמטכ"ל גבי אשכנזי הפעולה התבססה על תפיסה מבצעית של מהלומה אווירית ותמרון קרקעי. את ההכנות הובילו אלוף פיקוד הדרום יואב גלנט ותא"ל משה (צ'יקו) תמיר, מפקד אוגדת עזה, ומחליפו תא"ל איל איזנברג. על תכנון התקיפה האווירית הופקד האלוף במילואים אליעזר שקדי, מפקדו הקודם של חיל האוויר הישראלי. המהלך תוכנן כמהלך רב שלבי, שאינו מחייב את הממשלה לצאת למבצע על בסיס ההנחה שמוכרחים למצות את התוכנית כולה ולבצעה עד תום. על פי התכנונים פיקוד הדרום קיבל אחריות לניהול זירת המערכה ברצועת עזה הן באוויר והן ביבשה ובים. המטה הכללי היה אמון על העסוק בתקשורת, העבודה אל מול הדרג המדיני, המוכנות להתלקחות זירה נוספת ופיקוד על מבצעים מיוחדים בהקשר לזירה הרחבה של המבצע. במקביל החל פיקוד העורף להכין את יישובי עוטף עזה לירי רקטות, וחיבר למערכת ההתרעה גם ערים רחוקות יותר כמו קריית גת, נתיבות ואשדוד.
אופקים, מועצה אזורית מרחבים ומועצה אזורית בני שמעון חוברו למערכת ההתראה יום וחצי לפני תחילת הלחימה.
בעקבות סיום הרגיעה והירי המסיבי על יישובי עוטף עזה אישר הקבינט המדיני-ביטחוני באופן חשאי לצה"ל להתחיל במבצע. לצורך פתיחת המבצע בהפתעה נעשה ניסיון להונות את החמאס באמצעות הפצת דיסאינפורמציה לאמצעי התקשורת על פיהם טרם נתקבלה החלטה לגבי פעולה והדיון לגביה יתקיים כעבור כמה ימים. במקביל הורה שר הביטחון הישראלי לפתוח את המעברים להכנסת סיוע הומניטרי לרצועת עזה, לצורך יצירת מצג שווא של שגרה. ניסיון ההונאה נחל הצלחה, כתוצאה ממנו העריך החמאס כי התקפה ישראלית אינה צפויה בטווח הזמן הקצר, דבר שתרם להצלחת התקיפה האווירית המקדימה.
ההכנות למבצע, שכוון נגד ארגוני טרור הפועלים בקרב אוכלוסייה אזרחית, לוו בייעוץ משפטי של הפרקליטות הצבאית. הייעוץ ניתן גם במהלך המבצע עצמו.
שלב א': תקיפה אווירית.
המבצע נפתח ב-27 בדצמבר, בשעות הבוקר המאוחרות, והחל בגל תקיפות אוויריות כבדות של חיל האוויר הישראלי באמצעות מטוסי קרב ומסוקי קרב. בשני גלי ההפצצה הראשונים נפגעו 100 מטרות. במכה הראשונה נהרגו למעלה מ-155 אנשי חמאס ואנשי ביטחון פלסטינים (89 מההרוגים נפגעו מירי טילים על מסדר שוטרים בעזה). באותו יום תקף חיל האוויר עוד 70 מטרות ברצועת עזה. הפלסטינים דיווחו על כ-270 הרוגים וכ-750 פצועים, רובם פעילי חמאס ומיעוטם אזרחים.
למחרת, 28 בדצמבר, תקף חיל האוויר הישראלי 40 מנהרות תת-קרקעיות בציר פילדלפי באמצעות פצצות חודרות בונקרים. צה"ל העריך שהמהלך שיבש את הברחת אמצעי הלחימה ממצרים דרך המנהרות. אהוד ברק אישר העברת 100 משאיות עמוסות במזון ותרופות כסיוע הומניטרי לתושבי רצועת עזה.
ב-29 בדצמבר, היום השלישי למבצע, המשיך צה"ל לתקוף כ-100 יעדים נוספים ברצועה, וחיסל בכירים בחמאס ובג'יהאד האסלאמי.
תקיפות אוויריות של מטרות טרור ומשרדי חמאס נמשכו גם בימים הבאים. ב-31 בדצמבר הרג חיל האוויר את עמאר אבו ע'לולא, בכיר במערך הרקטי של הג'יהאד האסלאמי, ו-3 פעילי טרור נוספים, כאשר תקף מחסן אמל"ח בח'אן יונס. ב-1 בינואר 2009 נהרג ניזאר ריאן, מס' 3 ב"זרוע המדינית" של החמאס, שהיה מעורב בפיגועי טרור נגד ישראלים, בהפצצת ביתו בג'בליה. בחיסול נהרגו עוד 18 אנשים, רובם בני משפחתו של ריאן. הבניין שבו גר שימש כמפקדה ומרכז תקשורת, מחסן אמל"ח ותחמושת, וכן הסתיר פתח של מנהרה.
אלוף פיקוד הדרום, יואב גלנט, הציג שינוי בשיטת הלחימה של צה"ל בפעילי הטרור: "בעבר כל מפקד בחמאס בנה בית של שלוש קומות, כאשר קומת המרתף שימשה מחסן לאמצעי לחימה, קומת הביניים הייתה המפקדה שלו ובקומה השלישית התגוררה המשפחה, אחרי שבמשך השנים הם הבינו שצה"ל לא יפגע במבנה בגלל המשפחה. ברגע ששינינו את הקונספט באמצעות התקשרות למשפחה וירי של פצצה בודדת, כשלאחר מכן הבניין הושמד - המפקד נותר מוטרד מכך שאין לו מפקדה וגם אין לו בית לבני משפחתו".
לאורך כל המבצע הוטלו בסך הכל 5,400 פצצות על ידי חיל האוויר. 81% מתוכן היו פצצות חכמות, נתון שיא בהיסטוריית התקיפות האוויריות של חיל האוויר.
בשלב זה שב והציע בכיר חמאס ח'אלד משעל הפסקת אש תמורת הסרת המצור מעל רצועת עזה.
שלב ב': פעולה קרקעית בשילוב חילות האוויר, הים והתותחנים.
ב-29 בדצמבר 2008 החל צה"ל לרכז כוחות קרקע - חי"ר, הנדסה קרבית ושריון - סביב רצועת עזה, וכן פרס סוללות תותחים סמוך לגבול הרצועה. במקביל אישרה ממשלת ישראל גיוס 6,500 חיילי מילואים.
ב-3 בינואר 2009, בשעות אחר הצהריים, החל צה"ל בהפגזה ארטילרית לעבר רצועת עזה, ולאחר שעות אחדות החלה כניסת כוחות קרקעיים לצפון הרצועה. במקביל החל גיוס חיילי המילואים - הקבינט המדיני-ביטחוני אישר גיוס של עשרות אלפי חיילי מילואים מהמערך הלוחם והתומך. למעשה קיבלו פחות מ-10,000 חיילי מילואים צו 8.
ביום הראשון של הפעולה הקרקעית, ביתר צה"ל את הרצועה לשלושה חלקים, נהרגו כ-40 מחבלים וכן בוצע סיכול ממוקד בשני בכירי חמאס. חיל הים הישראלי הצטרף אף הוא למבצע. שייטת 3, שייטת 13 ופלגה 916 פעלו להטלת סגר ימי על רצועת עזה ולאחר מכן החלו לתקוף יעדי מחבלים בגזרת החוף.
הלחימה כללה התקדמות איטית ולחימה מבית לבית תוך קרבות מטווח קרוב עם מחבלים, ונטרול מטעני חבלה, מלכודות פתאים (Booby traps), בתים ממולכדים ומנהרות טרור על ידי כוחות הנדסה קרבית. באחד המקרים פוצץ מסגד ממולכד שהכיל מלכודות נפץ רבות. כמו כן נחשפו מצבורי נשק רבים, בהם נשק קל, תחמושת, רקטות נגד טנקים וטילי נ"מ. בתים ששימשו לפעילות טרור או שהתגלו כממולכדים נהרסו בידי חיל ההנדסה הקרבית באמצעות חומר נפץ או דחפורי D9 משוריינים, ובנוסף גם באמצעות לוחמה רגלית. בצה"ל מעריכים כי במהלך הלחימה הושמדו כ-600 בתים.
ביום א' בבוקר - 4 בינואר 2009 נהרג חייל צה"ל הראשון במבצע הקרקעי, סמ"ר דביר עמנואלוף מחטיבת גולני, מאש מחבלים בג'באליה. קדמו לו שלושה אזרחים וחייל שנהרגו בהפגזות ורקטות החמאס על ישראל, בשלב א' של המבצע. בשתי תקריות מאוחר יותר, ב-5 בינואר וב-6 בינואר, נהרגו ארבעה לוחמי צה"ל מירי בשוגג של טנקים ישראליים. ב-6 בינואר וב-8 בינואר נהרגו ארבעה חיילים נוספים של צה"ל בקרבות מול החמאס.
ב-6 בינואר טענו הפלסטינים כי נהרגו יותר מ-30 מאנשיהם, לאחר שפגז מרגמה צה"לי פגע בבית הספר "אל פאחורה" של אונר"א שבו מצאו מקלט. הירי כוון לחצר בית שממנה שוגרה רקטה לשטח ישראל, ובתגובה ירה צה"ל שלושה פגזי מרגמה, ששניים מהם פגעו בחצר ובשני המחבלים היורים, והשלישי פגע בטעות, לפי הטענה, בבית הספר ששכן כ-30 מטרים מחצר הבית שממנה ירו אנשי החמאס. ברם, תחקיר שערך העיתון הקנדי "גלוב אנד מייל", בו תוחקרו בכיר באונר"א ועדים לאירוע, קבע שירי צה"ל לא פגע בבית הספר, ושבניגוד לדיווחים הפלסטיניים על 30 הרוגים, רק 3 פלסטינים נהרגו, מרסיסים, בעת ששהו מחוץ למבנה.
במהלך הפעולה הקרקעית עצר צה"ל עשרות פלסטינים, שהועברו לחקירה ולכליאה בישראל.