בשבת לפנות בוקר פרצו כוחות הביטחון הרוסים לתיאטרון בו התבצרו הטרוריסטים עם מאות בני ערובה. קודם לפריצה הזרימו הרוסים גז מסוג שאיננו ידוע אל התיאטרון באמצעות מערכת האוורור. מיד אחר כך פרצו הכוחות המחלצים את התיאטרון ובתום קרב יריות חוסלו המחבלים. יחד עימם נהרגו גם 96 בני ערובה.

בין החטופים שחולצו בחיים ישנה גם אזרחית ישראלית, ולריה ליסנסקי, בת 47, מנשר. היא מאושפזת בבית חולים במוסקבה . אנשי שגרירות ישראל ברוסיה ביקשו מאמצעי התקשורת לשמור על הדבר בסוד כדי לא לסכן את חייה. נציגי השגרירות הישראלית אינם מורשים להיכנס לבקרה.

בשעה ארבע לפנות בוקר פקע האולטימטום שהציבו החוטפים ולאחר שעה זו איימו כי ירצחו את כל בני הערובה. ארבעה בני ערובה אכן נורו שניים מהם נהרגו. מספר פיצוצים נשמעו מבנין התיאטרון.

הגז שהוזרם פנימה גרם לטשטוש של המחבלים ובני הערובה כאחד. חלקם אף נרדמו או התעלפו פעולה זו אפשרה את הפריצה מהתיאטרון חולצו 742 איש רובם פונו על אלונקות והם נלקחו לבית חולים שם הם סגורים בלי שניתן לבקרם. כ500 מהמשוחררים עדיין מאושפזים 40 מתוכם ללא הכרה.
השלטונות הרוסים מסרבים לומר באיזה גז השתמשו ומה היתה מידת השפעתו. פרשנים ברוסיה סבורים כי הגז מכיל גז עצבים בשילוב חומרים מרדימים.

בתחילה הודיעו הרוסים כי 67 מבני הערובה נהרגו,אולם לאחר מכן העלו את המספר ל96 . החשד הוא כי מספר מבני הערובה המחולצים נפטרו בבתי החולים כתוצאה מפעולתו של הגז או מירי.

השלטונות הרוסים אומרים כי רק 4 או 5 מבני הערובה שחולצו נפגעו מירי והשאר "סובלים מהרעלת גז כלשהי".

שלטונות רוסיה סגרו לחלוטין את בית החולים ולא איפשרו לאיש לבקר בו. על הרופאים נאסר להתראיין.
כלי התקשורת ברוסיה דיווחו כי בני הערובה שלא נפגעו היו כאלה שכיסו את פניהם ובכך לא איפשרו לגז לחדור דרך כלי הנשימה. פרשנים רוסים העריכו כי הרוסים השתמשו בגז הזה בפעם הראשונה והם בודקים כעת את השפעותיו וזו הסבה המרכזית לחשאיות.


לאחר הפעולה מיהר נשיא רוסיה ולדימיר פוטין אל בית החולים ובמהלך סיור בין הפצועים אמר כי : "רוסיה הוכיחה שלא ניתן להוריד אותה על ברכיה" בפניה למשפחות ההרוגים אמר פוטין: "סילחו לנו שלא הצלחנו להציל את כולם"

ארה"ב בירכה את רוסיה על הפעולה הצבאית שבה חוסלו הטרוריסטים. "השתלטות המורדים על התיאטרון במוסקבה היא תזכורת לעולם החופשי לגבי איום הטרור", אמר דובר הבית הלבן, ארי פליישר.

ראש הממשלה, אריאל שרון, שיבח את הרוסים על מבצע החילוץ. מלשכת ראש הממשלה נמסר כי "גם הפעם הפגין פוטין אומץ לב ונחישות במאבק במפלצת הטרור, ונתן דוגמה ומופת לכל המדינות בנות התרבות, כי אין פשרה עם טרור וכי את הטרור יש לנצח".



בתום פעולת החילוץ פשטו כוחות הבטחון על מוסקווה וביצעו סדרת מעצרים. עד כה נעצרו 31 איש החשודים בהשתייכות למה שהוגדר "מרכזי הטרור הבינלאומי". ממוסקווה נמסר כי בניגוד למה שסברו תחילה הטרוריסטים בתיאטרון לא היו על טהרת הצ'צנים אלא מדובר בכנופיה בינלאומית. עוד נמסר כי הפעולה תוכננה ומומנה מחו"ל.

צוין כי המפקד האמיתי של הפעולה טרוריסט בשם "אבו באכר" נשלח ככל הנראה מאחד המרכזים הבינלאומיים של הטרור.