سرانجام عملیات بیت‌المقدس در ساعت؛ ۳۰ دقیقه بامداد روز ۱۰ اردیبهشت ۱۳۶۱ با قرائت رمز عملیات بسم‌الله الرحمن الرحیم، بسم‌الله القاسم الجبارین، یا علی ابن ابی‌طالب، از سوی فرماندهی مشترک ارتش و سپاه آغاز شد. عملیات بیت‌المقدس به چهار دوره زمانی شامل مرحله اول تا چهارم تقسیم می‌شد.

مرحله اول

در محور قرارگاه قدس (شمال کرخه کور) به دلیل هوشیاری نیروهای عراقی و وجود استحکامات متعدد، پیشروی نیروها به سختی امکان‌پذیر بود، اما تعداد کمی از یگان‌ها توانستند از مواضع عراقی عبور کرده و منطقه‌ای در جنوب رودخانه کرخه کور را به عنوان سرپل تصرف کنند. عدم پوشش جناحین این یگان‌ها باعث شده بود، که فشار شدید نیروهای عراقی بر آن‌ها وارد شود. در محور قرارگاه فتح، یگان‌های نیروهای ایرانی ضمن عبور از رودخانه به سرعت خود را به جاده اهواز-خرمشهر رسانده و به ایجاد استحکامات و جلوگیری از نقل و انتقالات و تحرکات نیروهای عراقی در جاده مذکور پرداختند.

در محور قرارگاه نصر، به دلیل تأخیر در حرکت و وجود باتلاق در کنار جاده اهواز–خرمشهر، همچنین تمرکز نیروهای عراقی در شمال خرمشهر، نیروهای این قرارگاه نتوانستند به اهداف مورد نظر در طرح عملیات، دست یافته و با قرارگاه فتح الحاق کنند. الحاق کامل قرارگاه نصر با قرارگاه فتح و نیز تصرف اهداف مرحله اول قرارگاه قدس در دستور کار عملیات شب دوم قرار گرفت، که با انجام آن تا حدودی اهداف مورد نظر محقق شد، ولی برخی رخنه‌ها همچنان باقی بود، تا این که سرانجام پس از ۵ روز، جاده اهواز به خرمشهر، از کیلومتر ۶۸ تا کیلومتر ۱۰۳ تثبیت و کلیه رخنه‌ها نیز ترمیم گردید.

مرحله دوم

در این مرحله آزادسازی خرمشهر از دستور کار عملیات خارج و تصمیم گرفته شد، که قرارگاه‌های فتح و نصر از جاده اهواز–خرمشهر به سمت مرز پیشروی کنند و قرارگاه قدس نیز مأموریت یافت تا به صورت محدود برای تصرف سرپل در جنوب کرخه کور اقدام نماید، سپس آن را گسترش دهد. مرحله دوم عملیات بیت‌المقدس در ساعت ۲۲:۳۰ روز ۱۶ اردیبهشت ۱۳۶۱ آغاز شد. نیروهای قرارگاه فتح در همان ساعات اولیه به جاده مرزی رسیدند. یگان‌های قرارگاه نصر نیز با اندکی تأخیر و تحمل فشارهای ارتش عراق، به مرز رسیده و با قرارگاه فتح الحاق کردند.

فرماندهی ارتش عراق با مشاهده پیشروی نیروهای ایرانی به طرف مرز، لشکرهای ۵ و ۶ خود را عقب کشاند. به نظر می‌رسید این عقب‌نشینی با دو هدف انجام شده باشد: یکی جلوگیری از محاصره و انهدام این لشکرها، دیگری تقویت هر چه بیشتر خطوط پدافندی شهرهای بصره و خرمشهر. در پی این عقب‌نشینی که از ساعات اولیه روز ۱۸ اردیبهشت ۱۳۶۱ آغاز شده بود، نیروهای قرارگاه قدس ضمن تعقیب نیروهای عراقی، تعدادی از آن‌ها را که از قافله عقب مانده بودند، به اسارت خود درآوردند و در نتیجه جاده اهواز–خرمشهر (تا انتهای جنوب منطقه‌ای که توسط قرارگاه نصر به عنوان سرپل تصرف شده بود) و نیز مناطقی همچون جفیر، پادگان حمید و هویزه نیز آزاد شدند.

مرحله سوم

در این مرحله، قرارگاه نصر مأموریت یافت تا حرکت خود را به سمت خرمشهر آغاز نماید. مرحله سوم این عملیات در آخرین ساعات ۱۹ اردیبهشت ۱۳۶۱ آغاز گردید، اما به دلیل هوشیاری نیروهای عراقی و تمرکز نیرو در خطوط پدافندی، نیروهای مسلح ایران در انجام مأموریت خود توفیق نیافتند. تکرار این عملیات در روز بعد نیز به شکست نیروهای ایرانی انجامید. به همین علت فرماندهان ایرانی تصمیم گرفتند تا برای انجام عملیات نهایی، فرصت بیشتری به یگان‌های بدهند.

مرحله چهارم

مرحله چهارم عملیات بیت‌المقدس در ساعت ۲۲:۳۰ روز ۱ خرداد ۱۳۶۱ با هدف تلاش برای آزادی‌سازی خرمشهر آغاز شد، در برابر تک سریع و غافلگیرانه، نیروهای عراقی دچار وحشت و سرگردانی شدند و نتوانستند واکنش مناسبی را از خود نشان دهند. ارتباط یگان‌های عراقی با یکدیگر قطع شد و در پی عقب‌نشینی نیروهای عراقی از خرمشهر، بخشی از یگان‌های ارتش عراق از هم پاشید. در روز ۲ خرداد هجوم نیروهای مسلح ایران، موفقیت‌آمیز بود و سرانجام قرارگاه کربلا به هدف خود که احاطه کامل خرمشهر بود، دست یافت. تعداد اسرای عراقی در این روز از ۲٫۸۳۰ نفر تجاوز کرد و یگان‌هایی از ارتش عراق که در فاصله میان نهر عرایض و شلمچه مستقر بودند نیز، توسط نیروهای ایرانی منهدم شدند.

با وجود حضور گسترده هواپیماهای جنگنده عراقی در آسمان منطقه، نیروی هوایی ارتش در پشتیبانی از یگان‌های نیروی زمینی، در عملیات بیت‌المقدس حضوری موفق داشت و با بمباران پل شناور عراقی‌ها بر روی اروندرود و مناطق تجمع آنان در آن سوی رودخانه، نقش مهمی در آزادسازی خرمشهر ایفا کردند. در انتهای روز دوم خرداد، قرارگاه کربلا پس از بررسی آخرین وضعیت، تصمیم گرفت تا نیروها با ورود به شهر، آن را از نیروهای عراقی پاک کنند. در ساعت ۳ بامداد ۳ خرداد، واحدهایی از نیروهای مسلح ایران به آن سوی رودخانه وارد شدند.

معدودی از نیروهای عراقی با استفاده از تاریکی شب بوسیله قایق اقدام به عقب‌نشینی کردند، که تعدادی از این قایق‌ها توسط تکاوران نیروی دریایی ارتش مورد هدف قرار گرفت و سرنشینان آن‌ها غرق شدند. نیروهای عراقی از ساعت سه و ۵۰ دقیقه بامداد تا ۱۲ و نیم بعد ازظهر روز سوم خرداد از سمت شلمچه ۳ بار اقدام به پاتک کردند و تلاش نمودند تا از طریق جاده شلمچه–خرمشهر، حلقه محاصره خرمشهر را بشکنند، اما هر بار با پایداری نیروهای ایرانی مواجه شدند و با دادن خساراتی عقب‌نشینی کردند. در ساعت ۱۱ صبح روز ۳ خرداد نیز در حالی که درگیری شدیدی بین قوای ایرانی و نیروهای عراقی در شمال نهر خین جریان داشت و نیروهای عراق در فکر شکستن حلقه محاصره ایرانیان در خرمشهر بود، نیروهای ایرانی از جناح غرب و خیابان کشتارگاه وارد شهر شدند. نیروهای ارتش عراق مستقر در ناحیه گمرک خرمشهر در کنار اروند در مقابل هجوم نیروهای ایرانی دست به مقاومت زدند، که با ورود نیروهای مسلح ایران، این مقاومت نیز در هم شکسته شد.

در ساعت ۱۲ گروهی دیگر از قوای ایرانی از سمت شمال و شرق وارد شهر شدند و نیروهای عراقی که ۲۴ ساعت در محاصره کامل قرار داشتند، راهی جز اسارت یا فرار یا کشته شدن نداشتند. بدین جهت واحدهای عراقی گروه گروه به اسارت نیروهای ایرانی درآمدند. در ساعت ۲ بعد از ظهر، خرمشهر به‌طور کامل آزاد شد و پرچم ایران برفراز «مسجد جامع» و پل تخریب شده خرمشهر به اهتزاز درآمد. بدین ترتیب این شهر که پس از ۳۴ روز پایداری و مقاومت در ۴ آبان ۱۳۵۹ به اشغال ارتش عراق درآمده بود، پس از ۵۷۸ روز اشغال، آزاد شد