בשעה 11:55 ניתנה הפקודה למפקדי הקו העירוני להפעיל את טילי ה-ל' (מטען ל') שנמצאו בעמדות מסוימות. הטילים נועדו להשמיד את העמדות המבוצרות הירדניות שממול, וסופקו והותקנו בעמדות על ידי יחידת יפת"ח מחיל הנדסה קרבית במיוחד למטרה זו. בגזרת אבו טור הופעלו הטילים על עמדות "לולב" ו"אריה", בהר ציון הופעל המטען נגד עמדת "הפינה" בחומה, ובגזרה הצפונית הופעלו המטענים בעמדות "תורג'מן" (בשער מנדלבאום). הטילים הרסו כליל את העמדות הירדניות שהיו מולן, והריסתן סייעה בהמשך לכיבוש אבו טור ולחדירה למזרח ירושלים על ידי חטיבה 16 וחטיבה 55. עד הצהרים ביום הלחימה הראשון הצליחו חיילי הקו העירוני לפגוע ברוב מקורות הירי הירדניים ולשתק אותם. 11 מחיילי חטיבת ירושלים נהרגו במהלך חילופי האש הללו, מתוך 48 חיילי החטיבה שנהרגו בקרב כולו.
בישראל העריכו וקיוו בתחילה שהמדובר בירי שנועד לאפשר לירדן "לצאת ידי חובה" בלבד, ולכן, בסביבות הצהריים, נעשה ניסיון נוסף מצד ישראל להגיע להפסקת אש, באמצעות משקיפי האו"ם. תחילה סוכם על השעה 12:00 כשעת הפסקת האש, ומשהמשיכה האש נקבע זמן נוסף, ב-13:30. הקצינים הישראליים בוועדת שביתת הנשק ניסו לשכנע את הקצינים הירדניים בוועדה כי חיל האוויר המצרי הושמד, ולפיכך אין טעם במלחמה, אך הקצינים הירדניים סירבו להאמין. עם התגברות הירי הורה הפיקוד לחטיבה 16 להגביר את האש, ולהניע כוחות שריון אל תוך העיר. מג"ד 161 שלח בשעה 12:00 שתי פלוגות להגנת "חוות הלימוד". לפני השעה 13:00 נכנסה פלוגה מוגברת ירדנית לארמון הנציב. בשעה 13:35 שלח המפקד הירדני באזור פלוגה לעבר חוות הלימוד.
עם תחילת המלחמה החל המטכ"ל הירדני להניע את חטיבות השריון שהיו בעתודה בבקעת הירדן, והורה לחטיבה 60 הירדנית לנוע לבמת ההר. הפיקוד הירדני העריך לא נכון את כוונותיה של ישראל, והנעת הכוחות נעשתה בדרך לא יעילה: בשעות הראשונות של המלחמה קיבלו החטיבות ארבע פקודות תנועה שונות, ברובן סותרות, ששחקו את הטנקים ובזבזו דלק וזמן. בצד הישראלי קיבל פיקוד המרכז אישור להעביר את חטיבה 10, שהייתה העתודה הפיקודית, לפרוזדור ירושלים. שני הצדדים העריכו נכונה שהמטרה העיקרית היא גב ההר: הצד הראשון שיצליח להגיע לבמת ההר, מצפון לירושלים, ינצח במערכה.
בנוסף להנעת חטיבה 10 לכיוון ירושלים, הועברה חטיבה 55 לפיקוד מרכז. חטיבה זו הייתה אמורה לצנוח באזור אל עריש בליל שבין היום הראשון והשני של המלחמה, אך משימתה בוטלה בשל התקדמותה המהירה של אוגדה 84 בציר החוף. בשל כך הועברה החטיבה לפיקוד מרכז ביום הראשון של המלחמה.
יום שני, 5 ביוני, צהריים וערב: חטיבת ירושלים כובשת את ארמון הנציב, רכס הנקניק וצור באהר.
הקרב על ארמון הנציב.
בצהריים הורה המטכ"ל הירדני לכבוש את ארמון הנציב. פלוגה מוגברת בתול"רים, מקלעים כבדים ומרגמות מהגדוד של חטיבה 27 שחנה באבו דיס, נכנסה למתחם הארמון (והצטרפה לפלוגה מחטיבה אחרת שהייתה במוצב הנקניק). ב-13:30 דיווח ראש משקיפי האו"ם, גנרל אוד בול, כי ארמון הנציב נכבש. כאמור לעיל, ארמון הנציב היה נקודת מפתח, מכיוון שממנו ניתן היה להסתער על השכונות הדרומיות של ירושלים. חטיבה 16 נערכה להתקפת נגד כדי להסיר את האיום.
בשעה 13:30 הודיעו החיילים הישראליים שהיו בתצפית בחוות הלימוד למפקד הקו בגזרה רפי בנבנשתי כי מחלקה ירדנית מתחילה להתקדם לכיוונם. מפקד הקו הודיע למטה החטיבה, פתח באש מרגמות על מסלול התקדמותה של היחידה הירדנית וקיפל את התצפית. פלוגה ה' מגדוד 161 בפיקוד בורנשטיין שהייתה בעמדות בחוות הלימוד פתחה באש מרגמות ואש שטוחת מסלול על הירדנים המתקרבים.
החטיבה נתנה פקודה לטנקים וליחידת הסיור הממוכנת 90 לנוע למחנה אלנבי. עברה כשעה עד שהסיירת והטנקים הגיעו למחנה. קצין המבצעים של חטיבה 16 רס"ן עמוס נאמן הציע הקמת צוות קרב גדודי למשימה כיבוש הארמון בפיקודו של סא"ל אשר דרייזין מג"ד 161. הצוות היה מורכב מיחידת הסיור הממוכנת 90 בפיקוד רס"ן יוסי לנגוצקי, חצי מפלוגת הטנקים שהייתה מסופחת לחטיבה (8 טנקים) בפיקוד רס"ן אהרון קמארה, מפלוגה ה' מגדוד 161 בפיקודו של אברהם בורנשטיין, פלוגה מסייעת בפיקוד ישראל אליעזרי תתן את הסיוע. פלוגה ב' של גדוד 161 יועדה להיות העתודה לכיבוש מתחם הארמון.
שר הביטחון, משה דיין, לא אישר בתחילה מתקפת נגד על הארמון. ואולם לאחר לחצו של אלוף הפיקוד, עוזי נרקיס, אושרה מתקפת הנגד ב-15:00. זמן קצר לאחר מכן התקבלה בקשה נוספת של ראש משקיפי האו"ם, גנרל אוד בול, לנסות ולהשיג הפסקת אש; בול ביקש שישראל לא תתקוף את הארמון ותאפשר לו למצות את המגעים עם ירדן. דיין הסכים להצעה, והורה שלא לאפשר את התקיפה. ואולם, עד שנוצר הקשר עם הפיקוד, ולאחר מכן עם החטיבה, כבר הייתה ההתקפה בעיצומה.
בשעה 15:10 החלה מתקפת הנגד הישראלית לאחר הפגזה כבדה. שלושה טנקים השתתפו בהסתערות. בתוך דקות הצליחו הטנקים והזחל"מים לפרוץ לשטח הארמון. הכוח הירדני החל להימלט מזרחה. רוב הכוח התוקף המשיך לגבעה מזרחית לארמון, שנקראה "גבעת האנטנה". רק כוח קטן של הסיירת בפיקוד יוסי לנגוצקי נכנס לארמון עצמו. הכוח כבש את הארמון, וחבר לאנשי האו"ם שהיו באחד מחדריו. פלוגה ה' מגדוד 161 כבשה את החורשה שממערב ומצפון לארמון ואת המוצב המחלקתי בקצה הצפוני של החורשה ביחד עם חיילי יחידת הסיור. אחד מחיילי הסיירת גילה יוזמה ואומץ לב והוביל את הכוח בקטע החורשה המזרחית על חלקו בקרב זה וקרב הפעמון לאחר מכן קיבל זרח אפשטיין את עיטור העוז. במהלך ההתקפה נפצע המג"ד, אשר דרייזין, אך המשיך לפקד על הקרב עד סיומו במוצב הפעמון בצור באהר. על חלקו בקרב קיבל דרייזין את עיטור העוז.
כיבוש מוצבי "הנקניק" ו"הפעמון".
כאמור לעיל, על השלוחה שמדרום לארמון הנציב הקימה ירדן מספר מוצבים. על שלוחת הארמון היה מוצב שנקרא על שם צורתו מן האוויר, מוצב "הנקניק" (המוצב הקביל פחות או יותר לחלקו העליון של רחוב עולי הגרדום בשכונת תלפיות מזרח של היום). מצפון מזרח למוצב "הנקניק" היה מוצב ירדני נוסף שנקרא בצה"ל מוצב "הצומת", ששלט על הדרך מירושלים המזרחית לבית לחם. מעבר לוואדי התוחם את השלוחה מדרום (שהוא למעשה תחילתו של נחל דרגה) בנו הירדנים, מול רמת רחל, מוצב שנקרא בפי הישראלים מוצב "הפעמון", גם הפעם בשל צורתו מן האוויר. מזרחה לו היה הכפר צור באהר, שגם בו היו כוחות של הלגיון.
עם כיבוש ארמון הנציב שלח דרייזין כוח קטן של חיילי סיירת בליווי טנק כדי להשתלט על מוצב "הצומת". הכוח תפס את המוצב ובכך למעשה ניתק את הקשר של ירושלים המזרחית דרומה. המג"ד הורה לכמה ממחלקות הסיירת שלא השתתפו בכיבוש ארמון הנציב ולפלוגה ה' לכבוש את מוצב הנקניק. בשעה 16:00 החלו חיילי הסיירת בהתקפה על המוצב שהיה מוגן על ידי פלוגה ירדנית אחת. המוצב, שהיה בנוי מתעלות באורך כקילומטר, נבנה כדי להדוף התקפה ממערב ולא מצפון, ולכן הצליחו חיילי הסיירת לכבוש את המוצב בתוך כשעה, עם שני פצועים. לירדנים היו כ-35 הרוגים. במהלך הקרב הצטיינו מובילי הכוחות בתעלות - בכרך ואוחנה - שהמשיכו בתפקידם לאורך כול הקרב במוצב. על חלקם בקרב קיבלו את עיטור המופת.
לאחר כיבוש מוצב "הנקניק", אישר המטכ"ל גם את כיבוש מוצב "הפעמון" והכפר צור באהר. דרייזין ארגן כוח של חמישה טנקים, מחלקת סיור אחת בפיקוד לנגוצקי ושני ג'יפי תול"ר של הסיירת, והחל לנוע דרומה בכביש אל צור באהר. במקביל, הורה מח"ט 16, אל"ם אליעזר אמיתי, לגדוד נוסף של החטיבה לנוע לרמת רחל ולהסתער משם על מוצב הפעמון. הגדוד שעליו הוטלה המשימה היה גדוד 62, בפיקוד סא"ל גדעון רוטשילד. הגדוד היה בהר הרצל, ומכיוון שלא היו לו אמצעי תחבורה, נאלצו חיילי הגדוד לנוע מהר הרצל לרמת רחל ברגל. הכוח של דרייזין שנע בכביש המפותל ממוצב הנקניק דרומה ספג אש מרגמות, וכתוצאה ממנה סטה אחד הטנקים מן הדרך והידרדר לוואדי. תותחן הטנק, נהרג בהתהפכות, ושאר אנשי הצוות נפצעו. אף על פי כן המשיך הכוח של דרייזין דרומה, כבש במהירות את הכפר, והסתער על מוצב "הפעמון" באור אחרון. המוצב היה מוגן משלושה כיוונים. בעקבות תצפית מוקדמת איתר דרייזין את פתח התעלה האחורית של המוצב ושלח את החיילים הישראליים לתקוף את המוצב מאחור, ממזרח, הכיוון היחיד שממנו לא היה מוגן. המוצב נכבש במהירות עד שעה 19:30. על חלקו בקרב והובלת הכוח בכיבוש הפעמון זכה יוסי לנגוצקי מפקד הסיירת באות המופת. גדוד 62 התארגן לכניסה אל המוצב מכיוון רמת רחל דרך שדות המוקשים שהגנו על המוצב, הגיע אל המוצב בשעה 22:00 והחליף את הכוח של דרייזין. בכך הושלם ניתוק הדרך בין ירושלים הירדנית ובית לחם.
לאחר כיבוש מתחם ארמון הנציב וצור באהר התארגן גדוד 62 להגנה על צור באהר וגדוד 161 על מתחמי ארמון הנציב. פלוגה ג' נכנסה למוצב הנקניק ופלוגה ב' לעמדות בחורשה מצפון לארמון. בבוקר ה-6.6 ספגה פלוגה ב' אש כבדה מטנקים ירדנים ברכס עזריה, אשר גרמה לחמישה הרוגים ויותר מעשרה פצועים. האש הירדנית שותקה באמצעות אש המרגמות של הגדוד בהכוונת מ"פ המסייעת אליעזרי שהתמקם על גג הארמון.
יום שני, 5 ביוני, צהריים ולילה: חטיבת הראל מבקיעה דרך פרוזדור ירושלים.
המירוץ לבמת ההר.