За несколько дней до начала операции «Дунай» руководить ею был назначен заместитель министра обороны СССР генерал армии И.Г. Павловский. В 22 часа 15 минут 20 августа 1968 года в войска поступил сигнал «Влтава -666» о начале операции. В 23 часа была объявлена тревога и сигнал на выдвижение. На всю технику были нанесены белые опознавательные полосы, на случай оказания сопротивления чехословацких войск. Ввод войск начался в 18 местах с территорий ГДР, Польши, Венгрии и СССР.
В Праге и Брно были высажены 2 советские воздушно-десантные дивизии. В 2 часа ночи 21 августа на аэродром «Рузина» в Праге, под предлогом вынужденной посадки, сел пассажирский самолет, в котором находились десантники и в течение нескольких минут они захватили здание аэропорта. После этого, один за другим начали посадку самолеты вооруженных сил СССР. Десантники на ходу спрыгивали с самолета, и он тут же взлетал, а на посадку заходил уже другой самолет. В 4-30 десантники блокировали здание ЦК компартии Чехословакии, министерства обороны и Генерального штаба, а также здание радиостанции и телевидения. Члены правительства и ЦК КПЧ во главе с А. Дубчеком были фактически арестованы и вывезены в Москву, для участия в переговорах. Расчет был на то, что будет создано новое правительство, которое поддержит оккупацию Чехословакии, но он не оправдался. Армия Чехословакии, благодаря призыву руководства республики и министра обороны, не вмешивалась и заняла нейтральную позицию. Однако народ был противоположного мнения. Люди вышли на улицу с протестами. На плакатах было написано: «Советские оккупанты — домой», «Москва ваше место» и т. д. В некоторых местах люди оказывали вооруженное сопротивление: забрасывали танки бутылками «Молотова», открывали огонь из оружия, устраивали баррикады. На огонь, войска открывали ответный огонь. В первый день оккупации погибло 58 человек, а всего за период с 21 августа 1968 года по 20 сентября 1968 года было убито 108 человек и свыше 500 — ранено. Потери среди советских войск в первый день составили 12 человек погибших и 25 — раненых, а всего за данный период времени 84 человека погибло и 62 — было ранено. Так, в районе города Чесла-Липа танк Т-55, пытался объехать людей, перегородивших дорогу, свалился с моста и трое танкистов погибло. Особенно много гражданского населения погибло в районе Чешского радио, где был спровоцирован огонь со стороны людей, пытавшихся захватить здание. Люди отказывали войскам в продовольствии, воде, топливе. В Праге были сбиты все таблички с указанием названий улиц, спрятаны карты города. По стране менялись дорожные указатели, чтобы запутать движение техники и войск.
В Праге был проведен ХIV подпольный съезд КПЧ, без представителей компартии Словакии, который осудил оккупацию страны и избрал новый состав ЦК.
С 23 по 26 августа 1968 года были проведены переговоры с доставленными в Москву А.Дубчеком и другими членами руководства. Кроме того, в Москву для участия в переговорах прибыли президент республики Л.Свобода и заместитель премьер-министра Г.Гусак. Л.Свобода отверг предложение советского руководство о создании нового рабоче-крестьянского правительства во главе с А.Индрой. Но в конце концов руководство Чехословакии было вынуждено согласится на подписание документа под названием «Программа выхода из кризисной ситуации», который предусматривал фактически полный отказ от намеченных реформ, отмены решений XIV съезда КПЧ, оставление на территории страны воинского контингента СССР.
Возвратившись в страну руководство Чехословакии приступило к преобразованиям. В ноябре 1968 года на Пленуме ЦК КПЧ удалось провести резолюцию с осуждением реформаторов и развернута кампания их жесткой критики. Постепенно все реформаторы стали вытесняться из органов государственной власти.
11 сентября 1968 года советские танки покинули Прагу, а 17 октября 1968 года начался поэтапный вывод войск с территории Чехословакии, который завершился к середине ноября.
В стране произошли изменения в высших эшелонах государственной власти: председателем Национального собрания стал А.Индра, премьером правительства — Л. Штроугал. Апрельский Пленум ЦК КПЧ в 1969 г. первым секретарем партии избрал Г.Гусака. В стране начались репрессии против реформаторов и около 70 тысяч человек, бежало за границу.
28 августа 1968 года было принято решение о федеративном устройстве государства, которое вступило в силу с 1.01.1969 года. Страна превратилась в Федеративную республику: Чешскую и Словацкую социалистические республики, тем самым был решен многолетний национальный вопрос между чехами и словаками.
С осуждением вторжения войск в Чехословакию выступили: США. Великобритания, Франция, Канада, Дания и Парагвай. Из социалистических стран их поддержали Югославия, Румыния, Албания и Китай.