Информация о наличии в Иране германской агентуры и ее сторонников заставила союзников действовать незамедлительно и решительно.
19 июля и 17 августа правительству Ирана были направлены две дипломатические ноты, в которых СССР и Великобританией предъявлялось требование выслать немцев с территории Ирана. Текст второй ноты, вручённой 17 августа, премьер-министр Ирана Али Мансур расценил как завуалированный ультиматум, однако соответствующих ответных мер предпринять уже не смог.
Директива Ставки ВГК командующим войсками Закавказского и Среднеазиатского военных округов о вводе намеченных армий в Иран была направлена 23 августа 1941 года.
Сама оккупация началась рано утром 25 августа с ударов британской и советской авиации. Британцы нанесли удары по целям в Тегеране, Казвине и иных городах. Кроме бомб, они сбрасывались листовки с призывом сдаваться. В это же время советская авиация совершила налёты на цели, расположенные в городах Тебриз, Ардебиль и Решт.
Практически одновременно с налетами авиации части Красной армии вошли на территорию Ирана 25 августа. Было образовано три колонны танков и моторизованной пехоты.
47‐я армия с территории Азербайджана пересекла границу и, вступив на территорию Иранского Азербайджана, начала продвижение к городу Тебризу и озеру Урмия. Вскоре под контроль Красной армии перешёл город Джульфа. Воздушная разведка Ирана обнаружила продвижение колонны только южнее от Джульфы, уже при подходе ее к городу Меренду. Расположенная неподалеку 3‐я иранская дивизия генерала Матбуди еще имела возможность выдвинуться к городу Шиблеи воспрепятствовать движению Красной армии, однако, будучи застигнутым врасплох, ее командир не смог организовать сопротивление. Более того, он даже не дал команду на подрыв мостов, в результате чего советские войска начали быстро развивать наступление. При этом советская авиация перехватила пять иранских бомбардировщиков, которые пытались атаковать колонну 47‐й армии в районе Джульфы.
Другая колонна советских войск пересекла границу и направилась в сторону города Ардебиля, в котором была расквартирована 15‐я дивизия генерал-майора Кадери. Два пехотных полка этой дивизии по инициативе их командиров попытались выдвинуться к Ниру и оказать сопротивление. Но в это время стало известно, что командир дивизии удрал из района расположения ее войск на автомобиле, фактически лишив их управления. Более того, он приказал разгрузить автомобили c продовольствием, припасами и артиллерийскими орудиями для того, чтобы вывезти его личные вещи.
Вскоре после начала операции шах вызвал послов Великобритании и СССР для объяснений. Он поинтересовался, на каких основаниях их государства вторглись в его страну и почему не объявили войны. Оба ответили, что это произошло в силу присутствия «представителей Германии» в Иране. На вопрос Резы Пехлеви о том, продолжится ли наступление, если он прикажет выслать немцев, ответа не последовало.
После этого шах направил телеграмму президенту США Рузвельту, в которой просил его о содействии в прекращении вторжения советских и британских войск в Иран. Но Рузвельт ответил Пехлеви, что удовлетворить его просьбу он не в состоянии, но при этом выразил надежду, что к «территориальной целостности» государства будет проявлено уважение.
Шах Реза Пехлеви был в отчаянии, а его страна оказалась под угрозой полной оккупации. Но при этом он отклонил просьбы командующих войсками разрушить автомобильную и транспортную сети, объясняя это нежеланием уничтожать объекты инфраструктуры, возведением которых он занимался в течение всех лет нахождения у власти.
Благодаря наличию дорог и неповрежденных мостов советские войска обошли город Нир и продолжили движение на юг. Советская авиация подвергла бомбардировке город Ардебиль, в результате чего были разрушили казармы местного гарнизона.
Будучи отрезанными и охваченными с флангов, иранские 15‐я и 3‐я дивизии, оборонявшие города Ардебиль и Тебриз, были деморализованы. Кадровые части предпринимали попытки поддержать порядок и двинулись навстречу советским войскам без своих командиров. Однако по причине нехватки еды, припасов и снарядов они не смогли выполнить эту задачу. Продолжали сопротивление только отдельные очаги, и то недолго. К 26 августа советские войска заняли весь Иранский Азербайджан, в том числе Ардебиль и Тебриз.
25 августа Каспийская военная флотилия подошла к иранской провинции Гилян. В состав ее флотилии входило большое количество сторожевых кораблей и барж, вооружённых зенитными орудиями, а также суда с десантом. У иранцев в этом районе насчитывались всего три канонерские лодки, которые не могли оказать должного сопротивления. Десант, высаженный на берег, быстро овладел приграничной Астарой, после чего вернулся на корабли, которые двинулись к следующему городу, расположенному на побережье. Основной целью морской операции являлось овладение портом Пехлеви (ныне Бендер-Энзели).
Задача была непростой. Дело в том, что иранские войска под командованием генерала Иранпура, которые находились в центре провинции Гилян городе Реште и порту Пехлеви, были готовы оказать упорное сопротивление. Для закрытия прохода в порт Пехлеви ими было затоплено несколько барж, в самом порту была установлена батарея 75‐мм пушек. Поэтому, несмотря на превосходство в силах со стороны Каспийской флотилии, отчаянное сопротивление иранцев помешало советским войскам высадить десант в районе порта Пехлеви.
Для того чтобы подавить сопротивление противника, на следующий день советское командование приняло решение нанести по противнику бомбоштурмовые удары. Самолеты работали группами по 4 машины. Кроме того, массированные бомбовые удары наносились по позициям противника и гражданским объектам, расположенным в районе города Решта. В результате этих ударов позиции противника были разрушены, и войска 44‐й армии, развивавшая наступление на суше, окончательно сломила сопротивление остатков иранских войск и овладела Пехлеви и Рештом.
После этого иранское командование, поняв невозможность при отсутствии танковых частей и авиации продолжать оборону провинции Гилян, 28 августа отдало приказ своим войскам о капитуляции. Несмотря на это, отдельные иранские части отказался складывать оружие и отступил к городу Рамсару, где планировал продолжить борьбу. К тому времени передовые части советских войск уже подошли к городу Чалусу, намереваясь пересечь автодорогу Джаде-э-Чалус и выйти к Тегерану через Эльбрус.
В то время на другом операционном направлении войска 47‐й армии после овладения Иранским Азербайджаном устремились на юг. Правда, не обходилось без неприятных неожиданностей. Так, мост в районе города Джульфа, через который должна была переправляться 47‐я армия, оказался в руках трех иранских пехотинцев, засевших в бетонном доте, которые обороняли его до тех пор, пока у них не кончились боеприпасы. При этом все колонны стояли, так как использованием артиллерии боялись повредить мост.
47‐я армия, развивая наступление на юг, овладела городом Дильманом, расположенным в 100 километрах к западу от Тебриза, а затем и городами Умрией и Ардебилем. После этого ее передовые части заняли город Мине и 27–28 августа начали движение к Тегерану и Казвину. При этом советские войска обошли с флангов, а затем разгромили иранские 3‐ю и 15‐ю дивизии.
После этого сопротивление иранцев начало приобретать всё более неорганизованный характер. 29 августа советские танковые части подошли к городу Казвину, расположенному 151 километре от Тегерана. Другие соединения овладели городами Саве и Кумом, расположенным южнее от иранской столицы, перерезав при этом автодорогу Тегеран – Саве – Персидский залив. В результате этого территория Ирана фактически оказалась разделенной на две части.
Также успешно велось наступление и войск 53‐й армии со стороны Туркменской ССР. Одной из главных задач на этом направлении было овладение городом Мешхедом – вторым по значимости в Иране, а также провинцией Хорастан. Оборону этой провинции осуществляла 9‐я лёгкая пехотная дивизия Ирана численностью 8 тысяч человек. Тяжелые бои на этом направлении продолжались в течение трёх дней, после чего иранцы, потеряв только убитыми более 800 человек, вынуждены были отступить. Советские войска заняли город Мешхед, а затем и всю провинцию.
В этой обстановке, видя бесперспективность дальнейшего сопротивления, 29 августа правительство шаха отдало приказ всем иранским войскам о прекращении сопротивления. Однако наступление советских войск на Тегеран было прекращено только 1 сентября, после проведения соответствующих переговоров с правительством шаха.
По состоянию на 29 августа ситуация на всех линиях сопротивления войск Ирана носила абсолютно хаотический характер. Воздушное пространство и большая часть территории государства находились в руках союзников. Многие крупные города, в число которых входил Тегеран, постоянно подвергались налетам авиации. И хотя в самой столице потери среди населения были незначительны, но моральный дух постоянно и стремительно падал. Этому способствовало, в частности, и то, что советская авиация постоянно разбрасывала над городом листовки, в которых сообщалось о предстоящей массированной бомбардировке и предлагалось сдаваться до наступления основных ударов. Оказывало влияние и то, что к тому времени запасы продовольствия в Тегеране начали быстро истощатся, а зажиточная часть населения, высокопоставленные военнослужащие, члены семьи шаха, за исключением его самого и наследного принца, бежали в Исфахан.
При этом шах, узнав о поражениях на всех фронтах, 29 августа, то есть всего через четыре дня после начала операции, приказал своим войска прекратить сопротивление, сложить оружие и сдаваться в плен.
30 и 31 августа произошла встреча передовых частей советских и британских войск в районе городов Сенендедже (Сене), расположенного в 160 километрах западнее Тегерана, и Хамадан и Казвине.
Разложение армии, на формирование которой шах Реза Пехлеви затратил столько усилий и времени, было поразительным. Многие генералы представляли собой некомпетентных командующих, тайно симпатизировавших англичанам, и заканчивали свою деятельность, проводя ликвидацию военнослужащих, оказывающих сопротивление захватчикам. Они организовали встречу с целью обсуждения условий капитуляции. Шах, узнав об их деятельности, нанёс удар тростью командующему сухопутными войсками генералу Ахмаду Нахджавану и разжаловал его. Он хотел расстрелять генерала прямо на месте, однако по настоянию наследного принца бросил его в тюрьму.