Операцию по освобождению заложников спецслужбы спланировали четко. Как стало известно позднее, сообщает "Газета.ру", ночью в здание постепенно начали нагнетать сонный газ. В сочетании с горячим воздухом, который поднимался из подвала (от прорванных труб центрального отопления) это привело к тому, что в зале стало трудно дышать. В районе половины пятого одна из заложниц говорила с представителями радиостанции "Эхо Москвы" и рассказала, что они уже дышат через платочки. При этом голос женщины был сонным, а речь - невнятной. В 5.30 утра террористы. которые тоже находились в подавленном и нервном состоянии и ожидали штурма, не выдержали и убили двух заложников, требуя от остальных четкого повиновения и спокойствия. В ответ на это группа мужчин предприняла попытку к бегству. Террористы открыли по ним огонь. В штабе, представители которого также слушали радио, немедленно решили начинать операцию освобождения.

К Театральному центру побежали бойцы спецназа под прикрытием БТР. Им удалось прорваться в здание по всему периметру. Часть бойцов немедленно начала обезвреживать взрывчатые устройства, которые террористы расставили по периметру здания, вторая группа стала прорываться к подсобке, в которой в свое время давал интервью глава террористов. В помещении сидели несколько боевиков, которых удалось захватить живыми.

До стоящих около оцепления людей в течение часа доносились взрывы и выстрелы из автоматов и гранатометов. В шесть часов из здания выбежали первые женщины-заложницы. К ним тут же подъехал БТР спецназа и под его прикрытием они отбежали от здания. Тем временем взрывы продолжались. По словам заместителя главы МВД Владимира Васильева, бойцам удалось обезвредить боевиков в зале и не допустить взрывов бомб, которыми были начинены женщины-смертницы. А взрывы раздавались от гранат, которыми бросались боевики.

Преступникам так и не удалось остановить бойцов спецназа: к шести часам утра военные полностью захватили зал с заложниками. Причем, они уничтожили всех женщин-камикадзе. Ни одна из них не успела привести в действие взрывное устройство, начиненное шарикоподшипниками. В течение следующих 30 минут шел бой между милиционерами и боевиками в подсобных помещениях Театрального центра. После половины седьмого к зданию бросились бригады спасателей. Вскоре к главному входу подъехал автобус, в который спасатели начали сажать первую партию освобожденных. К Театральному центру начали подъезжать машины "Скорой помощи", к восьми часам их набралось более 70 машин. Заложников выносили, в основном, на руках. Правда, большинство из них загружали не в "Скорую помощь", а в автобусы. По словам официальных лиц, эти люди не ранены, а просто находятся в шоке.

О потерях среди бойцов спецназа не сообщается, однако очевидно, что несколько военных погибли. Также от взрывов и выстрелов из гранатометов и автоматов погибли заложники. Сколько человек убито и ранено, пока не сообщается.