לאחר קרב החווה הסינית התאפשרה חציית כוחות של צה"ל לגדה המערבית של תעלת סואץ, כחלק ממבצע אבירי לב. ב-19 באוקטובר הוקם גשר הגלילים מעל התעלה. למחרת החל חיל השריון הישראלי בהרחבת ראש הגשר הישראלי בגדה המערבית של התעלה ובהשתלטות על צירים עיקריים בין סואץ ואסמאעיליה ובין קהיר וערי התעלה. הכוח הישראלי הורכב מאוגדה 143, בפיקוד אריאל שרון, שפעלה מדרום לגזרת איסמעיליה תוך ניסיון לנוע צפונה לשם כיבוש העיר וסביבותיה; אוגדה 252, בפיקוד קלמן מגן, שפעלה ממערב לאגמים המרים בכיוון מערב במטרה להרחיב את שטח השליטה הישראלי, ואוגדה 162, בפיקוד אברהם אדן, שפעלה בגזרה הדרומית במטרה להשמיד סוללות טילי קרקע-אוויר ותוך ניסיון להשתלט על רכסים שולטים (כמו ג'בל ג'ניפה הנמצא כ-15 קילומטרים ממערב לאגם המר הגדול) הנמצאים ממערב לאזור המישורי הסמוך לתעלת סואץ, שהיה עדיין רווי בכוחות מצריים מהארמייה השלישית. מול הכוחות הישראלים בחלק הדרומי של החזית נערך גם כוח של דיוויזיה 4 המשוריינת המצרית שהיה בעתודה במערב. בשלב מאוחר יותר, גרסה התוכנית הישראלית, עם הצלחת הכוח הישראלי בהרחבת ראש הגשר, השתלטות על חלק מהצירים העיקריים וניטרול חלק גדול מסוללות הטילים, המטרה היא תנועה דרומה לכיבוש נמל עדבייה הנמצא מדרום מערב לעיר סואץ, ויצירת כיתור סביב הארמייה השלישית של הצבא המצרי. באותה עת התקיים ויכוח בצמרת הפיקוד הצה"לי לאן יש לרכז את המאמץ העיקרי של אוגדה 143: האם להרחבת ראש הגשר הישראלי בגדה המזרחית, על ידי כיבוש מתחם "מיסורי" שמצפון למסדרון הצליחה הישראלי או לניסיון איגוף ממערב של איסמעיליה וניסיון לכיתור העיר.
במקביל, בזירה המדינית, ב-19 באוקטובר הסכים נשיא מצרים, אנואר סאדאת, להצעת ראש ממשלת ברית המועצות, אלכסיי קוסיגין, כי ברית המועצות תתבע הפסקת אש מיידית. משעה שמזכיר המדינה של ארצות הברית, הנרי קיסינג'ר טס למוסקבה ב-20 באוקטובר היה ברור לצדדים הלוחמים כי הפסקת האש היא עובדה מוגמרת וכי השאלה היא רק מתי תיכנס לתוקפה.
ב-21 באוקטובר עמדו אוגדות 252 ו-162 בפני התקפות נגד מצריות ובלמו אותן תוך אבדות לכוחות הישראלים וכך, התקדמות הכוח הישראלי הייתה מזערית. מפקדי צה"ל שקיוו להתמוטטות הצבא המצרי מצאו שהמצרים אוחזים בעמדותיהם בשתי גדות התעלה ואינם נסוגים. בשעות הלילה של 21 באוקטובר, לאחר שהועבר לראשונה לראש ממשלת ישראל, גולדה מאיר, נוסח החלטת הפסקת האש עליה החליטו הסובייטים והאמריקאים, ומועדה הצפוי, התקבלה החלטה בדיון בו נכחו גם שר הביטחון, משה דיין והרמטכ"ל, דוד אלעזר, כי מטרת צה"ל בגזרה הדרומית של החזית המצרית היא: "אוגדת ברן תמשיך בתנועתה דרומה ותשתדל להגיע לתעלת סואץ ולהשלים את ניתוקה של הארמייה השלישית". נקבע כי אוגדה 162 תתקדם דרומה בסמוך יותר לתעלת סואץ תוך קבלת חיפוי אווירי מחיל האוויר הישראלי במטרה להשתלט על מתחם השולט על הכביש לקהיר.
לאחר שהתבררו ממדי הכוחות שצה"ל הצליח להעביר לגדה המערבית של תעלת סואץ, המליץ הרמטכ"ל המצרי, סעד א-שאזלי, להסיג ארבע חטיבות שריון מצריות מהגדה המזרחית לגדה המערבית, כדי לעבות את קו ההגנה המצרי במערב התעלה. הצעתו נדחתה על ידי שר המלחמה, אחמד איסמעיל עלי, שחשש מהתפתחות מנוסה דוגמת מלחמת ששת הימים. הנשיא, אנואר סאדאת, נדרש להכריע בין שתי העמדות ופסק בלילה שבין 20 ו-21 באוקטובר לטובת אחמד איסמעיל עלי, וקבע כי "לא נסיג אף לא חייל אחד מהמזרח למערב". במקביל, בהבנתו כי צבאו נמצא במצוקה קשה, פנה סאדאת לערוץ המדיני בתקווה שהסכם הפסקת האש, עליו הסכימו הנרי קיסינג'ר ואלכסיי קוסיגין בפגישתם במוסקבה ב-21 באוקטובר, יציל את צבאו וישמר את הישגיו הקרקעיים בכיבוש חלקים מסיני.
בבוקר 22 באוקטובר עדיין לא השלימו כוחות צה"ל את משימתם. הם אף לא הגיעו לשליטה קרקעית בקטע כלשהו של כביש סואץ-קהיר, שהיה עורק האספקה העיקרי לארמייה השלישית, אם כי הכביש היה בטווח הארטילריה הישראלית. כן ניתק צה"ל את הקשר היבשתי בין אסמאעיליה וסואץ. באותו בוקר, בשעה 6:20 (שעון ישראל) התקבלה החלטה 338 שקבעה כי הפסקת האש תיכנס לתוקפה בשעה 18:52 באותו יום. ישראל הודיעה באופן מיידי כי היא מקבלת את החלטת מועצת הביטחון. לקראת הפסקת האש נעשה מאמץ להשתלט שטחים נוספים ועל קטעים מכביש סואץ-קהיר. מהשעה 14:20 ועד 15:20 הפציץ צה"ל ברציפות את מפקדת הארמייה השלישית שהייתה ממוקמת מצפון מערב לעיר סואץ. בעקבות ההפצצה החליט מפקד הארמייה לווא (אלוף) עאבד אל מנאעם ואצל לפנות את המפקדה לאחור לאזור ג'בל עובייד. ולקראת השעה 5 אחר הצהריים ניתק כוח שריון את הציר בסביבת הקילומטר ה-101. בשעה 19:15 זמן קצר לאחר הפסקת האש נצפו שני טורי שריון ישראליים מתקרבים למפקדת הארמייה שטרם הספיקה להתפנות. מחשש לנפילה בשבי מיהר מפקד הארמייה להימלט מערבה במשאית שלא נפגעה מהפצצת צה"ל עם קציני מטה מצריים נוספים בחסות החשיכה מבלי שכוחות צה"ל הבחינו בהם.
הפסקת האש של 22 באוקטובר והשלמת הכיתור.
הפסקת האש לא נשמרה על ידי הצדדים. כשהואשמה ישראל בכך שהפרה את הפסקת האש, טענה כי המצרים היו אלו שפתחו ראשונים באש. נראה כי מפקד הארמייה השלישית, עבד אלמונעם ואסל, לא נשמע להוראות מקהיר ופעל אחרי 22 באוקטובר בניסיון לחלץ חלק מכוחותיו מהמצור. בישיבת ממשלת ישראל שנערכה ב-22:40 מסר הרמטכ"ל, דוד אלעזר, כי כל הזמן הוא מקבל ידיעות אודות ירי של המצרים על כוחות צה"ל, לרבות לחץ כבד על יחידת צה"ל הממוקמת בקצה הדרומי של האגם המר הקטן. באותה ישיבה אמר דיין כי אם תמשכנה הפרות המצרים, ימשיך צה"ל בפעולותיו, אולם רק בגזרה הדרומית. בבוקר 23 באוקטובר, לאחר שאלעזר קיבל את אישור דיין והורה: "בגזרת ארמייה 3 - חופש-פעולה!", פתח חיל השריון הישראלי בתנועה של כוחות גדולים דרומה ובהשתלטות על כל המרחב שממערב לאגמים המרים. תנועת הכוחות הישראלים הייתה מהירה בעקבות סיוע שקיבלו מחיל האוויר ומיחידות חי"ר ישראליות שהצטרפו ללחימת השריון. בשעה 23:00 הגיע כוח מאוגדה 252 לראס עדבייה שלחוף מפרץ סואץ, לאחר שנע על ציר עורפי למרגלות ג'בל עתקה. בכך הושלם כיתור הארמייה השלישית. הכוחות המכותרים כללו כ-30,000 חיילים וכ-300 טנקים שהשתייכו לדיוויזיות החי"ר 7 ו-9 של הצבא המצרי ולחטיבה משוריינת מצרית. ב-24 באוקטובר, כשהחלטה 339 נכנסה לתוקף, עמדו הכוחות המצריים המכותרים תחת האיום של מחסור במזון, מים, דלק ואמצעי לחימה. להערכת הרמטכ"ל המצרי סעד א-שאזלי, מלאי המזון של הארמייה הספיק לארבעה ימים בלבד. לטענתו, מבחינת כוחות שריון כלל הכוח המצרי במערב התעלה רק שתי חטיבות טנקים שנערכו לבלימה ממערב לכוחות הישראלים. הכוח הישראלי, שמנה לטענתו ארבע חטיבות שריון, הקצה חטיבה אחת להעסקת שתי החטיבות המצריות בעוד ששלוש חטיבות השריון האחרות נעו דרומה ללא התנגדות משמעותית. במקביל, מתארת ספרות המלחמה המצרית את ימי הלחימה מ-22 באוקטובר ועד סיום המלחמה (על פי מקורות מצריים הסתיימו הקרבות ב-28 באוקטובר עם כניסת משקיפי האו"ם לעמדותיהם) כמופת ל"לחימה עממית" של תושבי האזור.
קיימת טענה כי קיסינג'ר עודד את ישראל להפר את הפסקת האש. טענה זו נסמכת על תרשומת שנערכה בשיחה בין קיסינג'ר וראש ממשלת ישראל, גולדה מאיר, בפגישתם ב-22 באוקטובר בתל אביב, עם שובו של קיסינג'ר ממוסקבה. קיסינג'ר אמר: "לא תתקלו במחאות זועמות מוושינגטון אם משהו יקרה במשך הלילה, בזמן טיסתי. מאומה לא יכול להתרחש בוושינגטון עד מחר בצהריים". לעומת זאת, טוענים האחים מרווין וברנרד קאלב כי קיסינג'ר ניסה בכל דרך אפשרית לכפות על ישראל לשמור על הפסקת האש המתוכננת. זוהי גם טענתו של ויליאם קוואנדט.
הפסקת האש בשתי החזיתות נכנסה סופית לתוקפה ב-24 באוקטובר, בצל איום סובייטי להתערבות קונבנציונלית של ברית ורשה, וגרעינית באמצעות שתי חטיבות טילי סקאד גרעיניים באזור הדלתא של הנילוס, דבר שגרם לכוננות גרעינית בישראל, ולהעמדת הצבא האמריקני בכוננות שכללה כוננות גרעינית, שהביאה להסרת האיום הסובייטי. בשעה 7:00 בבוקר 24 באוקטובר החלה הפסקת האש לאחר ששני הצבאות קיבלו אותה והורו לכוחותיהם על נצירת אש. עם זאת, ישראל לא קיבלה את חלק ההחלטה שאמר כי עליה לשוב לקווי הפסקת האש של 22 באוקטובר. כמו כן, ישראל החלה באותו בוקר בהתקפה על העיר סואץ בה נכשלה וספגה אבדות כבדות. גם בגזרות לחימה אחרות של הארמייה השלישית נמשכו חילופי אש בין הכוחות הלוחמים, ולקראת צהרי היום הפעילו הצבאות את חילות האוויר שלהם שקיימו עד אותה שעה את הפסקת האש. במשך כל היום תבע הממשל האמריקאי מישראל לחדול מפעולות התקפיות ולכבד את הפסקת האש. למרות טענת אלעזר כי הארמייה השלישית ממזרח, ודיוויזיה 4 המצרית ממערב, מנסות להבקיע את הכיתור ממערב, ניתנה אחרי הצהריים הוראה להפסיק את פעולת חיל האוויר ולצמצם את הפעילות היבשתית, וזאת לאחר איום בשמו של ניקסון על כך ש"ינתק עצמו מישראל".
רק ב-25 באוקטובר פסקה הלחימה, לאחר שחולץ כוח הצנחנים הישראלי שהיה נצור בעיר סואץ. באותו יום קיבלה מועצת הביטחון את החלטה 340 שקראה להפסקת אש מיידית, לשיבה לקווי 22 באוקטובר ולהצבת כוח משקיפי או"ם בין הצבאות.
לאחר השלמת כיתור הארמייה.