К 7 часам утра в город с западной стороны начали заходить подразделения 503-го мотострелкового полка. Утром российской стороной оказалась очищена дорога и по Транскавказской магистрали через села грузинского анклава. В 10.30 в Цхинвал по этой кратчайшей дороге вошла российская бронетехника и мотострелки из состава 42-й мотострелковой дивизии. Около полудня 10 августа в восточной части города при неясных обстоятельствах был подбит танк Т-62М из 71-го мотострелкового полка этой дивизии, погиб командир танка младший лейтенант Нефф. Этот танк стал вторым по счету, потерянным Российской армией в ходе боевых действий.
Днем продолжалось взятие под контроль Цхинвала российскими войсками и сосредоточение российской группировки. Из состава 42-й мотострелковой дивизии почти в полном составе были введены ее 70-й и 71-й мотострелковые полки, 50-й самоходный артиллерийский полк, 417-й отдельный разведывательный батальон и различные подразделения обеспечения. Общая численность задействованной группировки дивизии составила почти четыре с половиной тысячи человек, 29 танков Т-62 и Т-62М, 40 самоходных орудий и свыше 250 БМП и БТР. Большое количество вводящихся частей вызвало серьезные заторы на Транскавказской магистрали в районе Джавы и многочасовые пробки, что сильно задержало сосредоточение российской группировки. Тем не менее подход частей дивизии сразу же изменил баланс сил в зоне конфликта. Прибытие 42-й мотострелковой дивизии, батальонных тактических групп 76-й десантно-штурмовой дивизии и 503-го мотострелкового полка 19-й мотострелковой дивизии почти вдвое увеличило российскую группировку в Южной Осетии. Ее общая численность в республике превысила 10 тыс. человек, приблизительно сравнявшись по численности с задействованными против Южной Осетии грузинскими силами.
К полудню на удобной естественной площадке к западу от Джавы, у селения Угарданта, было завершено развертывание передовой российской вертолетной площадки. На нее были перебазированы около десяти боевых и военно-транспортных вертолетов 487-го вертолетного полка из Буденновска. Это существенно улучшило авиационную поддержку российской группировки. Рядом с площадкой был развернут и военный полевой госпиталь.
К 14.00 грузинская армия полностью оставила территорию Южной Осетии и отошла на территорию Грузии. Отдельные подразделения 2-й пехотной бригады начали укрепляться в приграничных грузинских селениях к югу и юго-востоку от Цхинвала. Другие грузинские части располагались в селах между Цхинвалом и Гори. Из-за дезорганизации управления и связи и проявлений паники среди личного состава грузинскому командованию не удалось организовать построение оборонительных рубежей в приграничной полосе и предпринять другие меры для обороны территории самой Грузии. В 17.30 Грузия сделала официальное заявление о прекращении огня и полном выводе своих войск из зоны конфликта.