Почуяв неладное, Амин привел в боевую готовность бригаду охраны своего дворца. Гвардейцы заняли этажи дворца, были усилены посты охраны внутреннего периметра. Непосредственно во дворце было около двухсот гвардейцев. К этому времени в «мусбате» под видом заместителей командира батальона появились полковник ГРУ В. В. Колесник (разработчик операции по штурму дворца), подполковник ГРУ 0. У. Швец (один из создателей «мусбата») и начальник Управления «С» (нелегальная разведка) ПГУ КГБ генерал-майор Ю. И. Дроздов. Кроме них, в расположение батальона прибыли сотрудники спецназа КГБ, которые согласно разработанному плану должны были провести зачистку дворца и уничтожить Амина. Сам «мусбат» должен был обеспечить вход «Зенита» и «Грома» в помещения дворца и воспретить прорыв из дворца кого бы то ни было до конца операции. Вечером 24 декабря ответственным за проведение штурма дворца был назначен В. В. Колесник. Операция получила кодовое название «Шторм-333».
К вечеру 27 декабря подразделения «мусбата» получили боеприпасы, разбились по группам, спецназ КГБ занял свои места в боевых машинах.
В это же время десантники 103-й дивизии и 345-го отдельного полка, вставшие постами по всему Кабулу, также изготовились в ожидании момента начала операции.
Сигналом к началу операции послужил взрыв колодца связи прямо в центре Кабула на площади Пуштунистана. Это было сделано для того, чтобы афганцы не смогли координировать свои действия по отражению атак советских спецподразделений, а также сообщить о перевороте в другие страны.
В 19.00 тремя колоннами 154-й отряд специального назначения вместе с группами спецназа КГБ «Гром» и «Зенит» из места своего расположения начал выдвижение к дворцу Амина. В этот же момент по дворцу открыли огонь две 23-мм зенитные установки «Шилка» и взвод автоматических гранатометов АГС-17. 154-й отряд своей техникой и огневой поддержкой обеспечил «комитетчикам» вход в само здание, а также, вопреки первоначальным планам, вместе с группами КГБ работал внутри самого дворца.
В результате 45-минутного боя дворец был взят, Амин убит. Потери «мусбата» составили 6 человек погибшими и 35 ранеными. Спецназ КГБ потерял 4 человек убитыми, большинство сотрудников было ранено. Уже занятый спецназом, дворец был атакован 9-й ротой 345-го полка под руководством капитана В. А. Востротина. Атаку десантников поддерживал полковой взвод ПТУР. В неразберихе спецназовцы убили четверых десантников, но все же разобрались что к чему. Командование ВДВ подстраховалось — если бы спецназ ГРУ и КГБ был перебит на подступах к дворцу, ликвидацию Амина провела бы 9-я рота 345-го полка. Если бы охране Амина удалось бы отбить и атаку десантников, на дворец обрушился бы удар реактивных систем залпового огня «Град», которые уже были развернуты на аэродроме Кабула, а также бомбо-штурмовой удар фронтовой авиации. После этого в дело вступили бы десантники 103-й дивизии. Но до этого дело не дошло. Спецназ сделал свое дело.
В самом Кабуле группа спецназа КГБ «Факел» (майор В. Розин) при поддержке 7-й парашютно-десантной роты 350-го полка (старший лейтенант А. Козюков) провела захват Генерального штаба афганской армии.
Операцию по захвату здания радио и телевидения осуществляла группа спецназа КГБ «Зенит» (майор А. Т. Рябинин и А. Ватанджар) при поддержке разведывательной роты 345-го гв опдп под командованием старшего лейтенанта А. В. Попова. За 20 минут до начала атаки рота скрытно выдвинулась к зданию и изготовилась к штурму. По сигналу атаки десантники реактивными гранатами РПГ-18 «Муха» поразили дежурные танки, находившиеся возле здания, и после этого вошли вовнутрь. В бою за здание телецентра был тяжело ранен один десантник.
Захват тюрьмы в Пули-Чархи осуществили парашютно-десантный батальон и 62-й самоходно-артиллерийский дивизион. Так как возле тюрьмы располагались две танковые бригады, верные Амину, была проведена операция по блокированию личного состава этих бригад в своих же казармах — пулеметами и автоматическими гранатометами им отсекли подходы к технике. После этого самоходной установкой АСУ-85 проломили ворота тюрьмы и за полчаса обезоружили всю охрану.
Комплекс зданий военной контрразведки (КАМ) был захвачен группой спецназа КГБ «Зенит» (6 человек) и парашютно-десантным взводом 317-го полка под командованием лейтенанта С. Корчмина.
Штаб Центрального армейского корпуса был захвачен группой спецназа КГБ «Зенит» (6 человек) при поддержке парашютно-десантной роты 317-го полка под командованием капитана В. Самохвалова.
5-я рота капитана А. Н. Шевцова 2-го пдб 345-го полка блокировала в Кабуле расположение 444-й бригады «коммандос», что значительно облегчило захват и удержание других объектов в Кабуле.
Также десантники участвовали в захвате и удержании и других объектов в Кабуле. В течение боев в Кабуле 27 декабря 1979 года ВДВ потеряли убитыми 10 и ранеными 20 человек — из них четверо погибло из-за несогласованности действий у дворца Амина.