כבר לפני כמה שבועות, התחזקה הערכה בשב"כ על הימצאותם של חטופים בשני מוקדים במחנה הפליטים נוציראת. עם הרחבת המודיעין, הלכה והבשילה ההבנה בשב"כ כי ארבעת החטופים מוחזקים בשני מבנים שונים במחנה הפליטים, והכוחות החלו לתכנן פעולת חילוץ הכרוחה בסיכון גדול.
בשלב הראשון, הכוחות הלוחמים חדרו לעומק השטח תוך סיכון אדיר על מנת לבצע פעולות לאיסוף מודיעין. כוח שב"כ, ימ"מ, אוגדה 98 וסיירת גבעתי, כוחות אוויר, ים ויבשה הם שהשיגו את המודיעין שאפשר לקדם את המבצע גם לשלב הבא - תכנון מעמיק וקפדני.
כמה דקות לפני השעה 11:00, הכוחות עמדו בנקודות הידועות מראש באזור דיר אל בלח ונוציראת, כשהם מלווים במעטפת אווירית נרחבת - מטוסי ומסוקי קרב ומטוסי סער לפינוי. על פי החלטת צה"ל ושב"כ, פקודת ה"פעל" ניתנה בשעה 11:00.
בעוד הפעילות האווירית העצימה שיתקה מוקדי טרור במרחב, כוחות הימ"מ פרצו לשני המבנים, חילצו את החטופים תוך חילופי אש כבדים מטווח קרוב.
חרף הצפיפות הרבה במרחב האורבני בו הוחזקו החטופים, וריבוי המחבלים במקום, לוחמי הימ"מ ושאר הכוחות הצליחו לתרגם את מודיעין השב"כ לכדי פעולה מדויקת, כך על פי גורמים ביטחוניים. בהמשך, צה"ל תקף באופן מסיבי יעדי טרור במרחב כדי לאפשר יציאה מהירה של הכוחות. החטופים הועברו למסוק צה"ל שנחת בחוף עזה ומשם המריא לשיבא.
לפי גורמי ביטחון, לוחמי ימ"מ ושב"כ בסיוע סיירת גבעתי, כוחות שריון ומסוקי קרב של חיל האוויר הרגו יותר מ-30 מחבלים במהלך המבצע המיוחד.