В 6.00 наступление из района Эредви, к востоку от Цхинвала, начала грузинская 3‐я пехотная бригада. При наступлении бригада столкнулась с сопротивлением осетинских сил, численностью до роты, ведущих минометный и гранатометный огонь с укрепленных позиций, и вступила с ними в бой.
Около 11 часов утра подразделения грузинской 4‐й пехотной бригады вошли в город с юго-запада, по дороге со стороны села Тбет. Спецподразделения МВД Грузии при поддержке отдельного танкового батальона и отдельного батальона легкой пехоты вошли в город с юга. В этот раз они не встретили существенного сопротивления со стороны российских миротворцев, лагерь которых оказался фактически в окружении. Грузинские войска и силы МВД продвигались по главным улицам Цхинвала, выставляя блокпосты на перекрестках и постепенно зачищая территорию.
В таких условиях было невозможно эффективно управлять войсками с большого расстояния. Поэтому в 10 часов 30 минут командующий войсками округа, который в то время находился на центре боевого управления 59‐й армии, приказал командующему этим объединением немедленно вылететь в Южную Осетию для того, чтобы управлять войсками на месте.
Хрулев А.Н. вспоминает: «Это было совершенно правильное решение. Невозможно управлять войсками в такой сложной обстановке через Кавказский хребет. И я сразу отправился на вертолётную площадку… В 11 часов 45 минут я был в Джаве… Со мной была группа офицеров штаба: артиллерист, разведчик, инженер, оператор».
В полдень российская авиация стала наносить удары по наступавшим грузинским войскам в окрестностях Цхинвала и по тыловым объектам. В 15.00 открыла огонь по грузинским войскам развернувшаяся артиллерия российского 693‐го мотострелкового полка и реактивные установки залпового огня БМ-21 «Град» 292‐го смешанного артиллерийского полка. Противник, не выдержав огневого удара, начал отход из города. Грузинские войска закрепились лишь на его южных окраинах и в пригородном районе Шанхай, по-прежнему блокируя российский миротворческий лагерь. Почти одновременно с неудавшимся штурмом города прекратилось грузинское наступление и к востоку от него.
К 18 часам закончились переброска в зону конфликта по железной дороге и сосредоточение на исходных позициях основных сил свежей грузинской 2‐й пехотной бригады. Она стала готовиться к атаке в направлении оставленного 4‐й пехотной бригадой села Хетагурово. К этому времени в операции против Южной Осетии оказались задействованы практически вся армия Грузии, кроме части 1‐й и 5‐й бригад, и значительная часть внутренних войск. После того как стали очевидны неудача штурма Цхинвала и переброска в зону конфликта Российской армии, началось отступление грузинских сил из сёл анклава к северу от Цхинвала.
К 22 часам вечера город оказался полностью очищен от грузинских войск и находился под контролем осетинского ополчения. После отступления грузинских сил из Тбета и Хетагурова объездная Зарская дорога оказалась разблокирована. Вечером по ней в оставленное грузинскими войсками Хетагурово вошел передовой российский отряд (до двух танковых взводов 141‐го отдельного танкового батальона 19‐й мотострелковой дивизии и разведывательной роты из состава 135‐го мотострелкового полка).
К исходу суток 8 августа стало очевидно, что грузинское наступление на Южную Осетию захлебнулось. На центральном участке грузинские вооруженные силы вынуждены были отступить из Цхинвала и занять позиции в приграничных селах на территории Грузии. К востоку от города грузинские подразделения отошли обратно к Эредви и Приси, оставив большинство занятых утром и днем позиций. К западу от Цхинвала, в Знаурском районе, 43‐му легкому пехотному батальону удалось углубиться на несколько километров до Знаура, но сам районный центр ему занять не удалось.
Грузинское руководство решило на следующий день повторить наступление. Для этого была сосредоточена свежая 2‐я пехотная бригада, перегруппированы и приведены в порядок войска, принимавшие участие в боевых действиях 8 августа. Не понесшая потерь грузинская артиллерия продолжала наносить удары по опорным пунктам осетин и готовилась поддержать массированным огнем новый штурм.
В этот же день российские ВВС потеряли первый самолёт – штурмовик Су‐25, сбитый по ошибке осетинскими ополченцами.
9 августа. В половине второго ночи грузинская артиллерия начала артподготовку перед наступлением 2‐й пехотной бригады. Интенсивный огонь продолжался в течение часа.
Утром, около 6 часов, грузинские войска перешли в наступление по нескольким направлениям. 22‐й и 23‐й легкие пехотные батальоны 2‐й бригады при поддержке танков начали наступление по направлению к Хетагурову. Там они встретили сопротивление российских мотострелков и танков, вошедших в село к ночи 8 августа, что затормозило наступление бригады. Немногочисленный российский отряд тем временем отступил из Хетагурова и по еще свободной дороге через Тбет прорвался в Цхинвал. Так как в городе к этому времени не было грузинских войск, отряд беспрепятственно достиг базы российских миротворцев.
В Знаурском районе Южной Осетии ночью снова перешел в атаку 43‐й легкий пехотный батальон. Совместно с небольшой группой резервистов он возобновил продвижение к поселку Знаур, который не удалось занять в предыдущий день. На востоке от Цхинвала началось наступление 3‐й пехотной бригады. В центре грузинами продолжалось формирование сводной группировки, которая должна была предпринять очередную попытку штурма Цхинвала. В этот раз продвижение грузинских войск на всех направлениях проходило медленно и осторожно, они подолгу задерживались, встречая укрепленные позиции и сопротивление южноосетинских сил. К 12.00 подразделения 2‐й пехотной бригады легко заняли опустевшее село Хетагурово, оставленное передовым российским отрядом.
Командующий 58‐й армией принял решение перебросить в город российский мотострелковый батальон, дойти до южного лагеря российских миротворцев, разблокировать его и занять оборону по южной окраине Цхинвала.
Около 14 часов дня часть батальонной тактической группы 135‐го мотострелкового полка в составе второй и третьей рот 1‐го мотострелкового батальона вместе с самим командующим армией и находившейся на трех бронетранспортерах оперативной группой штаба 58‐й армии начала выдвижение в сторону Цхинвала. Однако на окраине города российская колонна столкнулась с разведывательной ротой 2‐й грузинской бригады. Встреча стала неожиданностью как для российских, так и для грузинских войск, в последовавшем скоротечном бою на предельно близких дистанциях потери понесли обе стороны. В том числе был ранен генерал-лейтенант А.Н. Хрулев и несколько российских журналистов, ехавших вместе с ним. Грузинское подразделение, понеся потери, вышло из боя, а российская колонна продолжила движение.
В районе поселка Шанхай, в 400 метрах от лагеря миротворцев, около 15.30 головная часть колонны столкнулась с основными грузинскими силами, включающими танки, и сразу потеряла четыре БМП подбитыми. Примерно часть колонны вынуждена была отступить из города, а остальная часть оказалась заблокированной в нем и вынуждена была, заняв круговую оборону, вести бой в окружении.
Для деблокирования подразделений 1‐го батальона 135‐го мотострелкового полка в 15.30 начали выдвигаться подразделения российского армейского спецназа и рота чеченского батальона «Восток» при поддержке артиллерийской группировки и штурмовой авиации.
Артиллерийские корректировщики и прорвавшиеся ночью в южный лагерь миротворцев разведчики обеспечили повышение эффективности огневого поражения. Вечером, не выдержав потерь от артобстрела и контактного городского боя, грузинская группировка оставила Цхинвал. К ночи был выведен из города понесший потери и дезорганизованный 1‐й батальон 135‐го мотострелкового полка. До утра в городе действовали осетинские ополченцы, небольшие группы российских спецподразделений и около полутора рот 693‐го мотострелкового полка.
В течение дня российская группировка потеряла 4 самолета (Ту‐22М3, Су‐24М, Су‐25СМ и Су‐25).
10 августа. Ночью в Южную Осетию начали входить части 42‐й мотострелковой дивизии, совершившие трехсоткилометровый марш. Общая численность задействованной группировки дивизии составила почти 4,5 тысячи человек, 29 танков, 40 САУ и свыше 250 БМП и БТР. Общая численность российской группировки превысила 10 тысяч человек, сравнявшись с грузинскими силами. Ночью же подразделения российского спецназа, батальонная тактическая группа 104‐го десантно-штурмового полка 76‐й десантно-штурмовой дивизии и батальон «Восток» начали зачистку сел грузинского анклава к северу от Цхинвала и участка Зарской дороги до города для обеспечения быстрого ввода днем в Цхинвал крупной российской группировки.
Подход частей дивизии сразу же изменил баланс сил в зоне конфликта. В течение всего дня 10 августа не происходило существенных столкновений между российскими, грузинскими и южноосетинскими силами. Грузинская армия больше не предпринимала попыток повторить атаки. Вместо этого она отступила на территорию Грузии и попыталась закрепиться в приграничной полосе. Продолжала действовать только артиллерия. За день российские войска на этот раз крупными силами, практически не встретив сопротивления, вошли в Цхинвал, а также заняли позиции в его окрестностях, к востоку и западу от города.
11 августа. Ночью российская авиация продолжила нанесение воздушных ударов и провела операцию по подавлению системы грузинской ПВО. Тогда противорадиолокационными ракетами были уничтожены военная РЛС близ Гори и интегрированная в единую систему контроля воздушного пространства мощная гражданская РЛС под Тбилиси, это вынудило грузинские мобильные комплексы ПВО прекратить свою работу. Кроме того, был нанесен удар по центру управления ВВС Грузии.
К утру 11 августа 693‐й мотострелковый полк (командир полковник А. Козаченко) сосредоточился у Цхинвала почти в полном составе, включая танковый батальон. Несмотря на то что передовые подразделения этого полка первыми из российских войск вошли 8 августа в Южную Осетию и затем на протяжении трех суток участвовали в боевых действиях, полк к этому времени имел минимальные потери – всего двоих убитых и менее десяти раненых. Наступать в качестве авангарда этого полка было поручено батальонной тактической группе 104‐го десантно-штурмового полка 76‐й десантно-штурмовой дивизии.