למחרת בבוקר, ה-16 בספטמבר, בעת דיווח של הרמטכ"ל, רפאל איתן, בלשכת שר הביטחון, העיר שרון: "למחנות הייתי מכניס את הפלנגות". הרמטכ"ל העיר לעומת זאת: "מפעפע בהם רגש נקם ויכולים להיות שם נחלי דם". לאחר שפייר ג'ומאייל עצמו אישר את פעולת הפלנגות במחנות הפליטים, הגיעו נציגיהם בשעה 11:00 בבוקר לחפ"ק הקדמי לתיאום עם דרורי. בשעה 16:00 הגיע אלי חובייקה לחפ"ק לתיאום אחרון עם תת-אלוף עמוס ירון. חובייקה טען כי לא הצליח עדיין לארגן את כל הכוח שתכנן להפעיל במחנות הפליטים, אולם ירון לחץ עליו להכניס את ה-150 מאנשיו שכבר היו מוכנים והזהיר אותו שוב שאין לפגוע באוכלוסייה אזרחית. ירון הצביע בפניו על המקומות שבהם היו מחבלים. רוב אנשיו של חובייקה, לבושים במדים ובאפודים, השתייכו לכוח מיוחד הכפוף למודיעין של הפלנגות, שהתמחה בלחימה במחבלים. קציני צה"ל לחצו על חובייקה להתחיל את הפעולה לפני החשיכה. ירון הציב על שני גגות תצפיות והורה להאזין לפלנגות בקשר. על גג החפ"ק היה גם ג'סי סוכר, קצין הקישור של הפלנגות. לפני השעה 18:00 יצאה מאגף המודיעין / מבצעים פקודה מספר 6 לגבי מערב ביירות, ובה נאמר במפורש שטיהור מחנות הפליטים ייעשה על ידי הפלנגות או צבא לבנון.
הפלנגות החלו להיכנס למחנות הפליטים סברה ושתילה אחרי השעה 18:00, בפיקודם של מישל זווין, מארון משעלני וקצין נוסף המכונה "פול". הם התפצלו לחוליות ונכנסו לשתילה מהכניסה הדרומית ומסוללת העפר שממערב, תוך ירי מתמיד. מרגע שנכנסו לסמטאות, נעלמו מעיניו של קצין המודיעין של האוגדה, שעקב אחריהם במשקפת מגג החפ"ק. באותו הזמן,
ללא תיאום עם צה"ל, התגנבו למחנות מכיוונים אחרים אנשים נוספים של חובייקה. המחבלים הפנו את האש שלהם אל האזור שבו נכנסו הפלנגות. קצין הקישור של הפלנגות, סוכר, ביקש וקיבל מצה"ל סיוע של פגזי תאורה. לאחר טיהור המחנות, אמורים היו אנשי הפלנגות לרכז את האוכלוסייה האזרחית באצטדיון הסמוך, לצורך זיהוי וחקירה. בשעה 19:00 שמע סגן אלול, ראש לשכת מפקד האוגדה, חילופי דברים בקשר: אחד ממפקדי הפלנגות שבתוך מחנה הפליטים מה לעשות ב-50 נשים וילדים שבידיו. חובייקה נזף בו בקשר: "זו הפעם האחרונה שאתה שואל אותי - אתה יודע מה לעשות". אלול מיהר לספר זאת לירון, ששוב דרש מחובייקה להקפיד שלא ייפגעו אזרחים.
נהגו של קמ"ן האוגדה, שקיבל הוראה להאזין לרשת הקשר של הפלנגות, סיפר ששמע את ג'סי סוכר נשאל מה לעשות ב-45 אנשים שנתפסו במחנה וזה השיב: "תעשה את רצון האלוהים". ירון הזהיר אותו שוב שלא לפגוע באזרחים וקיבל ממנו הבטחה בעניין. סוכר סיפר לקצינים בחדר האוכל כי נהרגו 300 מחבלים ואזרחים, אולם לאחר זמן קצר שינה את המספר ל-120. בפגישת עדכון שכונסה על ידי ירון בשעה 20:40, אמר קצין המודיעין כי הפלנגות "מתלבטים מה לעשות באוכלוסייה שהם מוצאים בפנים... הצטברו בידיהם נשים, ילדים וכנראה גם זקנים, שהם לא בדיוק יודעים מה לעשות אתם... וכנראה, שהייתה להם איזו שהיא קביעה עקרונית, שהם מרכזים אותם יחד והם מוליכים אותם לאיזשהו מקום מחוץ למחנה". קצין המודיעין הוסיף כי גם הוא שמע את דבריו של סוכר, "תעשה מה שלבך אומר לך, כי הכל מאלוהים", אולם ירון הרגיע ואמר שביקר אצלו למעלה והאנשים שנשארים בשטח לא ייפגעו.
אחרי השעה 20:00 סקר שר הביטחון בישיבת ממשלה מיוחדת שהתכנסה בירושלים במשך יותר מחצי שעה את פעילות צה"ל במערב ביירות, אולם לא הזכיר כלל את שיתוף הפלנגות. אחרי השעה 21:00 עזב האלוף שגיא את ישיבת הממשלה משום שלא ישן "כבר שלושה לילות". במהלך הישיבה סיפר הרמטכ"ל על שיתוף הפלנגות, שיילחמו במחנות הפליטים "בשיטות שלהם". הוא הודיע על כניסתם למחנה סברה והדגיש כי בניגוד לצבא לבנון, לפלנגות אפשר לתת פקודות. הוא הסביר גם לגבי סכנת מעשי נקם: "דבר שני שיקרה - וזה לא משנה אם אנו שם או לאו, זה פרץ של נקמה...אני יכול לתאר בדמיוני איך זה מתחיל, אבל איני יודע איך זה ייגמר. זה יהיה בין כולם... אנו נוכל להפחית בזה, אבל כבר היום הרגו שם דרוזים...מספיק דרוזי אחד הרוג, כדי שמחר ייהרגו ארבעה ילדים נוצריים...כמו שקרה לפני חודש. וכך זה יתחיל, אם לא נהיה שם. זה יהיה פרץ, שלא היה עוד כמוהו, אני רואה כבר בעיניים שלהם למה הם מחכים". השר דוד לוי היה היחיד שהצביע על הסתירה בין הרצון למנוע מעשי נקם לבין שליחת הפלנגות למחנות. הוא הזהיר מפני טבח והטלת האשמה על ישראל: "כאשר אני שומע שהפלנגות כבר נכנסות לשכונה מסוימת, ואני יודע מהי משמעות הנקם אצלם, איזו שחיטה, אז איש לא יאמין שנכנסו לעשות שם סדר והאשמה תהיה בנו". אזהרתו זו נותרה ללא תגובה מצד איש מחברי הממשלה.
כשליש מתושבי סברה ושתילה היו שיעים עניים, שבאו מהכפרים הסמוכים וקנו את דירותיהם מידי פלסטינים שעברו לשכונות טובות יותר בעיר. רוב דיירי הרחוב שבו החל הטבח היו שיעים.
הפלנגות פעלו תחילה לאורך הרחוב הראשי של המחנות, משום שחששו ממארבים בסמטאות. את עמדת הפיקוד קבעו בחנות מכולת, ובמוסך סמוך ריכזו את האזרחים שמצאו. במשך הלילה ריכזו קבוצות אזרחים בנקודות נוספות. המחבלים שהיו באזור נמלטו לכיוון צפון ורק מספר צעירים המשיכו לירות על אנשי הפלנגות. בשעה 22:00 העיר קצין המודיעין של פיקוד צפון בחפ"ק בעאליי כי הפלנגות ישותפו בסריקות. רב-סרן עמוס גלעד שנשלח כנציג אמ"ן לעקוב אחר האירועים הזדעק על כך: "תהיה שם שחיטה...זה טבח". ב-22:30 התקשר קצין המודיעין של האוגדה אל מטה פיקוד צפון בעאליי וסיפר על דברי ג'סי סוכר לגבי מספר ההרוגים במחנה על ידי הפלנגות. בשעה 23:20 התקשר עמוס גלעד אל מפקדיו באמ"ן בתל אביב, סיפר להם על הידיעה על ההרוגים והדגיש שיש למסור אותה לאלוף שגיא, אולם זה קיבל אותה רק כעבור 7 שעות. קצין זוטר במטכ"ל לא ייחס חשיבות לדיווח ובאמ"ן בתל אביב הוחלט שלא להעיר את האלוף.
במהלך הלילה ביקש ג'סי סוכר לחדש את התאורה מעל המחנות, אולם קצין אג"ם, סגן-אלוף בצלאל טרייבר, סירב בשל הרג האזרחים. סוכר הבטיח לירון שמעשי הרצח ייפסקו מיד. ירון כעס על חובייקה לגבי סריקת המחנות והזהיר אותו שוב מפני רצח אזרחים. בין מפקדי הפלנגות עצמם הייתה מחלוקת לגבי אופן הפעולה וחובייקה אף ירד כנראה בעצמו אל אנשיו במחנה. בתוך המחנות, לעומת זאת, התושבים עצמם לא ידעו על ההרג המתחולל. מאות פלסטינים שהיו בסמטאות הסמוכות לאזור בו בוצעו הרציחות לא הבחינו בכך, מאחר שרובם ירדו למקלטים או הסתגרו בבתיהם בשל הירי. גם חיילי צה"ל בטנקים שחנו על סוללת העפר שממערב למחנה לא הרגישו במה שהתחולל. פלסטינים רבים סיפרו לאחר מכן שאפילו לא ידעו כלל על כניסת הפלנגות, ואם היו שומעים על כך היו בורחים.
17 בספטמבר.
ביומן גלי צה"ל ששודר בחצות הלילה שבין 16 ו-17 בספטמבר, הודיע כתב התחנה שטיהור מחנה הפליטים הוטל על הפלנגות. הייתה זו הידיעה הפומבית הראשונה על כך. בשעה 5:30 בבוקר נמסרה הודעתו של רב-סרן בעאליי על "300 הרוגים" לסגן-אלוף משה חברוני, ראש לשכתו של שגיא, שבשעה 6:15 העביר אותה לשגיא בביתו. במשך הלילה והשעות המוקדמות של הבוקר, ניסו הפלנגות למנוע בריחה של התושבים מן המחנות והציבו שומרים ביציאות מהם. הפלנגות לא המשיכו להתקדם אל עומק המחנות. אחרי השעה 8:00 ראה סגן אבי גרבובסקי, סגן מפקד פלוגת טנקים שחנתה ליד המחנות, אנשי פלנגות שהוליכו קבוצות אזרחים מהמחנות אל האצטדיון. מאוחר יותר עלה עם הטנק על הסוללה וראה אנשי פלנגות הורגים חמש נשים וילדים. בצהריים עבר ליד החיילים איש פלנגות. הם שאלו אותו מדוע הם הורגים נשים וילדים וזה השיב כי נשים יילדו ילדים והילדים יהיו למחבלים. העדויות הללו לא הגיעו למפקד האוגדה. בשעות הבוקר כבר הסתיים רוב הטבח במחנות. העובדה שכבר לא נשמעו כמעט קולות ירי גרמה לקצינים ישראלים לחשוד שהפלנגות אינם מנהלים סריקות וטיהורים באופן שיטתי. הם חרתו על קירות המחנות כתובות כגון: "טוני עבר כאן!", "המולדת - המשפחה - הפלנגות", "כוחות פורן אל-שובאכ" (שכונה נוצרית במזרח ביירות) ו"לא נשכח ולא נסלח".