Однако в Москве долго отклоняли мысль о проведении военной акции и вели интенсивные поиски мирного решения проблемы. Состоялся целый ряд многосторонних и двусторонних встреч и переговоров (последняя – переговоры на высшем уровне между Политбюро ЦК КПСС и Президиумом ЦК КПЧ в Братиславе в августе 1968 года). Чехословацкое руководство категорически отказалось принять предложения о размещении советского воинского контингента на территории ЧССР. Вариант военного вмешательства обсуждался в военном руководстве СССР в течение всего этого периода, но применение силы рассматривалось в качестве последней альтернативы.
Решение о вводе войск было принято на расширенном заседании Политбюро ЦК КПСС 16 августа и одобрено на совещании руководителей стран Варшавского Договора в Москве 18 августа. Формальным поводом послужило письмо-обращение группы партийных и государственных деятелей ЧССР к правительствам СССР и других стран Варшавского Договора с просьбой об оказании интернациональной помощи. К 20 августа была готова группировка войск, первый эшелон которой насчитывал до 250 тыс., а общее количество – до 500 тыс. чел.
В ночь на 21 августа 1968 г. армейские соединения СССР, а также войска ГДР, Венгрии, Польши и Болгарии общей численностью 650 тыс. человек вошли на территорию Чехословакии и заняли страну. Акция была осуществлена на основе коллективного решения государств – участников Организации Варшавского Договора. Накануне Маршал Советского Союза А.А. Гречко проинформировал министра обороны ЧССР М. Дзура о готовящейся акции и предостерег от оказания сопротивления со стороны чехословацких вооруженных сил. Соединения и части союзных войск размещались во всех крупных городах, особое внимание уделялось охране западных границ ЧССР. Стремительный и согласованный ввод войск в ЧССР привел к тому, что в течение 36 часов армии стран Варшавского Договора установили полный контроль над чехословацкой территорией.
200-тысячная чехословацкая армия не оказала никакого сопротивления, она пребывала в казармах и до конца событий оставалась нейтральной. Население, главным образом в Праге, Братиславе и других крупных городах, проявляло недовольство, но реальных попыток активного сопротивления не было. Протест выражался в сооружении символических баррикад на пути продвижения танковых колонн, работе подпольных радиостанций, распространении листовок и обращений к чехословацкому населению и военнослужащим стран-союзниц. По неофициальным данным, около 25 чехословацких граждан были убиты во время демонстраций.