על-פי תוכנית המבצע "כחול וחום", הכוחות יגיעו ליעדם - בסיס מפקדת ג'יבריל, הנמצא לא רחוק מחוף לבנון רגלית לאחר שיונחתו על החוף. מטרת המבצע "הרג מחבלים, השמדת ציוד ואמצעי לחימה על-מנת לשבש פעילות חבלנית עוינת אפשרית בשטח מדינת ישראל". במשך כחודש נערכו אימונים לקראת המבצע למטרת גיבוש הכח ותרגולים לסוגיהם. האימונים התקיימו בין השאר באזור בארץ המדמה את אזור יעד התקיפה בנועמיה, וכללו תרגול אמצעי לחימה, תרגול חילוץ יבשתי, ימי ואווירי ועוד. בלילה קר ב-8 בדצמבר 1988, נחת כוח צהל שהגיע דרך הים מראש ההנקרה על חוף לבנון בסמוך למתחם מפקדתו של גיבריל. הנחיתה והורדת הכח לחוף הושלמה בשעה 21:45, באיחור ניכר, מכפי שתוכנן. הכח מנה למעלה מ-70 לוחמים והורכב מלוחמי שייטת 13 ולוחמי חטיבת גולני סיירת גולני וגדודי החטיבה. עם הלוחמים נמנו 2 כלבנים שהביאו עימם כלבי נפץ שאומנו לחדור ולרוץ אל מערות מנהרות המחבלים כשעל גופם חגורות נפץ ולהתפוצץ בהם.

על המבצע פיקד האלוף דורון רובין מעמדת פיקוד בספינה ששהתה בים באזור המבצע. על הכוחות בשטח פיקד מח"ט גולני, אל"ם ברוך שפיגל שישב בעמדת חפ"ק המחט. לאחר נחיתה הכח בחוף לבנון, בשעה 21:45, כאמור, באיחור ניכר מכפי שתוכנן, החל הכח בהליכה רגלית לכיוון מתחם מפקדת ג'יבריל. בהתקרבו ליעד הכח התפצל התחלק למספר כוחות ומשימות: כוח סיירת גולני בפיקודו של ארז גרשטיין - משימתו הגעה ופגיעה בבניין מפקדת הארגון. כוח קוצר - גדוד 51 - משימתו שיתוק עמדת הנ"מ, כוח ברק-גדוד 13 - פגיעה במחבלים היוצאים מבית הביטחון, כוח אמיר מיטל מג"ד 12 משימתו הגעה למערות וחיסול מחבלים. כוח גליקמן-שייטת 13 - משימתו הגעה למערות בדרום המתחם וחיסול מחבלים.

ההליכה וההגעה ליעד הייתה קשה מסורבלת ואיטית בשל תנאי השטח שהיה מלא צמחייה גבוהה וקוצנית שבתוכה הסתתרו סלעים גדולים. לימים סיפרו הלוחמים כי לא עודכנו קודם לפעולה על תנאי השטח הקשים שעברו בהם כדי להגיע ליעד. אחד הקצינים נקע רגלו במהלך ההתקדמות, כנראה בשל תנאי ההליכה הקשים, ופרש מכוח הפשיטה והועבר לנקודה עורפית. בשלב מסוים כשראה מפקד סיירת גולני ארז גרשטיין את העיכובים, התנהלות הכח ותנאי השטח הקשים הביע חשש כי לא יהיה ניתן לבצע את המשימה כהלכה ופנה למח"ט שפיגל והציע לדחות את המשימה ושהחיילים ישובו כלעומת שבאו. המח"ט דחה הצעתו והורה שהכוח ימשיך במבצע.

בשעה 02:25 הגיעו מפקד סיירת גולני ארז גרשטיין וחיילי הכח שלו למתחם מבנה מפקדתו של ג'יבריל, מרחק עשרות מטרים ממבנה המפקדה והמתינו במקום מחסה לכח גדוד 12 בפיקודו של אמיר מי-טל. שהתעכב להגיע. בעת ההמתנה לכוח של מיטל הבחין ארז גרשטיין במחבל או בדמות מחבל שהציץ מחלון סמוך אליו. הוא חשש שיזהה אותו, ירה לעבר המחבל והרגו. ירי זה חשף את הכח והוביל לירי מאסיבי של כל הכוחות על מבנה המפקדה וגורם ההפתעה אבד. במכת האש נהרגו כ-15 מחבלים, שהופתעו מהאורחים הלא צפויים שבאו לבקר אותם. מספרים כי כמה מהמחבלים יצאו ממבני מתחם המפקדה כשהם לבושים בפיגמה. חיילי כוח הסיירת (כח ארז) תקפו גם עמדת נ"מ שהייתה סמוכה למפקדה והשמידו אותה. הלוחמים, אנשי כוח ברק, הצליחו גם לפגוע באמצעות טיל לאו ברכב מחבלים שנסע בתוך המתחם ולהרוג את נוסעיו ובניהם כנראה מפקד מקומי בכיר. הכוח בפיקודו של מי-טל, הופתע לשמע האש ומיהר אל היעד. מחבל ששמר על עמדה שמוקמה בתוך מערה, הבחין באחד הכוחות וירה לעברו. מאש המחבל נהרג מג"ד סגן אלוף אמיר מי-טל במקום ושני לוחמים נוספים נפצעו. רופא הכוח, צבי שיינברג, רץ לטפל בפצועים ונפצע קשה. במהלך הקרב נורו גם "כלבי נפץ" אשר אומנו ויועדו לרוץ אל תוך מערות ומנהרות המחבלים כשלגופם חגורת נפץ ולהתפוצץ בהן. לאחר המבצע הצטלמו מחבלים ליד גופת כלב שנורה במהלך חילופי היריות. הדבר פורסם בעיתונות העולמית וחשף למעשה את פעילות יחידת "עוקץ" בצה"ל. אחת המשימות החשובות במבצע שהוטלו על לוחמי הסיירת הייתה להגיע לבונקר המפקדה - מפקדתו של גיבריל, לחפש את פתחי האוורור שלו, להשליך לתוכם רימוני גז ובכך לאלץ את המחבלים לצאת החוצה. הלוחמים לא הצליחו לאתר את פתחי האוורור אולי בשל כשל מודיעני במידע המוקדם שנמסר להם. אגב, הלוחמים סיפרו כי נאמר להם זמן מה לפני המבצע כי יש סיכוי שאחמד ג'יבריל שוהה בתוך הבונקר. הכוחות פונו מנקודת הפינוי במסוק יסעור לשטח ישראל כשהלוחמים יושבים במסוק כשלידם מונחת באלונקה גופתו של מפקדם האהוב והנערץ סא"ל אמיר מיטל מג"ד 12 שנהרג בקרב.

עם התפנות הכח על-ידי מסוקי חיל-האוויר, עם אור ראשון, בסביבות השעה 5 בבוקר, בדרכו חזרה לישראל, התברר שאבד-נותק הקשר עם ארבעה חיילים - מפקד צוות עורב אלי שלום ושלושת חיילי . בפני הרמטכ"ל דאז, רב אלוף דן שומרון שעקב מקרוב אחר מהלך המבצע, עמדה החלטה קשה: האם לפנות את כוחות צה"ל חזרה לבסיסיו בארץ תוך השארת ארבעת החיילים בשטח אויב וסיכון לשבי או הרג של הארבעה, או להשאיר את הכוחות בשטח כדי לחפש אחר ארבעת החיילים שהקשר עימם אבד ובכך לסכן את הכוחות שמנו עשרות לוחמים. שומרון קיבל החלטה לא פשוטה בגיבוי שר הביטחון דאז יצחק רבין לפנות הכוחות משטח לבנון גם מבלי שאותרו ארבעת החילים ולא לחכות עד שימצאו. בכך למעשה הפר נורמה צהלית שאין נוטשים חיילים פצועים בשטח. לימים סיפר שומרון כי נורמת אי-נטישת חיילים בשטח אויב עמדה בשיקוליו אבל ששקל סיכונים מול סיכויים החליט להורות על פינו הכוחות מהשטח גם מבלי לחכות עד שהארבעה ימצאו.

מיד לאחר שכוחות צה"ל חזרו לארץ לבסיסיהם, עם עלות השחר הורה הרמטכ"ל שומרון על פתיחת מבצע לאיתור וחילוץ ארבעת החיילים שנותרו בשטח אויב. מבנה מסוקי קרב מדגם קוברה נשלחו בשעות הבוקר למתחם מפקדת אחמד ג'יבריל בנועימה במטרה לאתר את ארבעת חיילי הכוח שנשארו בשטח. הם נתקלו באש נ"מ כבדה של המחבלים. מטוסי קרב של חיל-האוויר סיירו ממעל ותקפו מטרות מהן נורתה אש נ"מ והפציצו את השטח ללא הרף כדי למנוע מהמחבלים הגעה לשטח מתחם המפקדה. בשלב מסוים נוצר קשר אלחוטי באמצעות מכשיר קשר בין טייסי מסוקי הקוברה לבין הקצין אלי שלום, אחד מארבעת החילים שהיו בטוחים כבר כי הופקרו לגורלם. שני מסוקי קוברה התקרבו כמה מאות מטרים למקום בו שהו ארבעת החילים כשהם טסים בזהירות בגובה נמוך אולם התקשו לאתר מיקומם המדויק של החיילים. כל העת ירו המחבלים לעבר המסוקים והיה חשש ממשי שהמסוקים יפגעו מאש המחבלים. שר הביטחון יצחק רבין, הרמטכ"ל דן שומרון וקצינים עקבו ממטה המטכ"ל אחר מבצע חילוץ הארבעה כשהם דרוכים ומתוחים. בשעה 10 וחצי בבוקר ירו הטייסים לעבר מטרה מסוימת ואז שמעו בקשר את הקצין אלי שלום אחד מארבעת החילים כשהוא צועק "יורים עלינו". טייסי המסוק שהתקשו לאתר מיקומם המדויק של הארבעה שהסתתרו במחסה שיחים הבינו עתה פחות או יותר היכן נמצאים החיילים. שני מסוקי קוברה נחתו בשביל עפר כמה עשרות מטרים מהחיילים וארבעת החיילים יצאו בריצה מהירה מהשיחים. הלוחמים נתלו על מגלשי המסוקים ועל הדלתות במרחק של ק"מ, כשהמחבלים עדיין ממשיכים לירות אש לעבר המסוקים. המסוקים המריאו מערבה לכיוון הים והטילו את ארבעת החילים ליד ספינת חיל-הים שהמתינה להם ואספה אותם. חילוץ הארבעה נחשב לאחד ממבצעי החילוץ המורכבים וההרואיים בתולדות חיל-האוויר. לקברניטי המסוקים, סא"ל משה כהן וסרן ערן פייר הוענק צל"ש הרמטכ"ל, ולטייסי המשנה, סגן מרסלו ילין וסגן דן ללוז, הוענק צל"ש מפקד חיל-האוויר. מתחקיר שנעשה לאחר מבצע "כחול וחום" עולה כי היה במבצע אף מתחילתו חוסר תיאום וארגון בין הכוחות המבצעיים וליקויים נוספים אחרים.