Oluja je počela 4. kolovoza u 5 sati ujutro, kada je najveći dio Hrvatske vojske zajedno s policijskim specijalcima krenuo u napad na bojišnici od Jasenovca na istoku do Bosanskog Grahova na jugu, koja je bila duga 630 kilometara. Mirovne snage UN-a koje su bile razmještene uz bojišnicu (UNCRO) unaprijed su obaviještene da će operacija početi.
Za obranu su se brinuli Zborno područje Osijek i Južno bojište. Prije samog napada, Hrvatsko ratno zrakoplovstvo je napalo neprijateljske centre veze i zapovjedna mjesta (Jelavac, Petrova gora, Banski Grabovac i Bunić). Istovremeno se topovima i raketama jako tuklo po prednjoj crti i dubini srpskih snaga.
Hrvatski predsjednik Franjo Tuđman javno je pozvao vojnike Srpske vojske krajine (SVK) da se predaju i zajamčio im da će dobiti amnestiju prema hrvatskim zakonima. Svi koji nisu djelatno sudjelovali u pobuni pozvani su da ostanu kod kuće i dočekaju hrvatsku vlast.
Prema kazivanju tadašnjeg šefa vojne obavještajne službe admirala Davora Domazeta-Loše, u prvih pola sata su uspješno pokrenute sve akcije koje su trebale donijeti pobjedu hrvatskoj strani: avionima MIG-21 je raketirano srpsko radio-relejno čvorište na vrhu Ćelavac na južnom Velebitu, te je napadnuto zapovjedništvo 39. korpusa u Banovskom Grabovcu kod Petrinje, odakle se zapovijedalo raketnim sustavom ORKAN koji je mogao dosegnuti Zagreb (taj sustav doista za Oluje i nije djelovao, nakon što je ranije za trajanja Operacije Bljesak raketirao civilne ciljeve u centru Zagreba); te zapovjedno mjesto u Buniću u Lici, odakle se kontroliralo aerodrom Udbina gdje su srpske snage imale deset zrakoplova pripremljenih za borbeno djelovanje, koji su mogli ugroziti krupne industrijske kapacitete na hrvatskoj strani, poput rafinerije nafte u Urinju kod Rijeke, zbog koje su mogle nastati velika kemijska zagađenja koja bi ugrozila hrvatske gradove (ti su zrakoplovi preletjeli u Mahovljane kraj Banja Luke).
Istodobno su pokrenuti napadi na 25 kopnenih pravaca, koje srpske snage očito nisu mogle sve zaustaviti. Važna preokupacija hrvatskog plana je bila da se ne sprječava evakuaciju civila koju je planirala i pokrenula srpska strana, jer bi stradanje većeg broja civila ugrozila međunarodni položaj Hrvatske. S obzirom na to da je na relativno plitkom bojnom polju bilo čak 180 tisuća što hrvatskih, što srpskih vojnika, opasnost za civile je očito bila velika, te se moralo povesti organizirana briga da oni ne postradaju.
Dodatno je hrvatska strana nastojala okončati akciju za najviše 4 dana, jer je obavještajna procjena–utemeljena na prisluškivanju komunikacija između Slobodana Miloševića i britanskih predstavnika–bila, da ako akcija potraje samo 6 dana, slijedi međunarodna intervencija koja će nastojati spasiti Srbe od potpunog poraza. Izglede za brzo okončanje akcije je povećavala činjenica da su hrvatske snage uspjele pripremiti napad s planinskih vrhova koji su na strani BiH nadvisivali Knin, a za korekciju topničke vatre i drugo izviđanje su raspolagale bespilotnim letjelicama (dronovima), tada vrlo avangardnom vojnom tehnologijom.
Hrvatskoj je vojsci pomagao HVO te 5. korpus Armije BiH. Vojska Jugoslavije nije nikako reagirala na hrvatski napad, možda i zbog iznimne brzine kojom se operacija odvijala, te je već drugog dana akcije pao Knin, glavni grad srpske paradržave, a čitava takozvana RSK razbijena je u svega tri dana.
Ukupni hrvatski vojni gubici bili su 174 poginulih, 1.100 ranjenih (teže 572 i lakše 528) vojnika, 3 zarobljena, 15 nestalih, ukupno 1.314.
Nepovratni gubici Srpske vojske Krajine bili su znatno veći od hrvatskih. Po hrvatskim podacima, do 21. kolovoza 1995. asanirano je i uredno pokopano 560 poginulih pripadnika SVK.
Ratni plijen koji je zaplijenila Hrvatska: 4.112 komada pješačkog oružja, 159 ručnih bacača, 120 raznih minobacača, 98 topničkih oruđa (kalibra 76–152 mm), 6 višecjevnih lansera raketa 128 mm, 59 protuzrakoplovnih topova, 54 oklopna vozila, 22 inženjerijska stroja, 497 vojnih motornih vozila, 6 zrakoplova lovačko bombarderske avijacije i drugog.
