המחבלים מסתערים ומתבצרים בחדר הילדים בינתיים המחבלים השתלטו על בית הילדים, התבצרו בבניין והחזיקו בשבעה בני ערובה שישה פעוטות וחבר משק מאיר פרץ ששימש באותו יום כתורן שמירה (שומר לילה) בבית הילדים. הם ריכזו את ששת הילדים ושומר הלילה בחדר אחד במפלס העליון של בית הילדים. שומר הלילה מאיר פרץ שהיה אז רווק בן 27 נכפת בחבל עבה בידיו וברגליו.
כוח צה"ל בפיקודו של מפקד עוצבת הגליל תת-אלוף יוסי קולר הגיע למקום והחל סוגר את השטח ומתארגן להתקפה על המחבלים. צוות של יחידת סיור /סיירת גולני ניסה במהלך הלילה לפרוץ לבית הילדים כנראה ללא תכנון יסודי אולם המחבלים שהיו כאמור חמושים בנשק רב נערכו כנראה לפריצה אפשרית של כוח צה"ל וצוות הסיירת שניסה לפרוץ נסוג וניסיון הפריצה כשל. במהלך ניסיון הפריצה ובחילופי היריות נהרג חובש הצוות, אלדד צפריר בן 20. חלק מאנשי הצוות נפצעו.
בהמשך הגיעו למקום גם אלוף פיקוד הצפון, יאנוש בן -גל הרמטכ"ל רב אלוף רפאל איתן ושר הביטחון עזר ויצמן. והוחל במו"מ שנוהל לסירוגין בעברית ובאנגלית באמצעות רמקול (מגאפון). המחבלים החלו להציג בצעקות מהבניין בעברית ואנגלית את דרישותיהם. בין היתר דרשו המחבלים כי יובא אליהם שגריר של מדינה זרה ונציג הצלב האדום שרק באמצעותו ינהלו מו"מ. בשלב מסוים דרשו המחבלים שיובאו אליהם בקבוקי חלב ויונחו על מרפסת בית הילדים. ואכן הונחו בקבוקי חלב והמחבלים נטלו אותם. המחבלים איימו כי אם עד השעה 7 בבוקר לא ינהלו עימם מו"מ ולא יענו לדרישותיהם הם יוציאו את בני הערובה להורג. אחר כך האריכו כל פעם בחצי שעה את מועד האולטימטום שהאחרון שקבעו היה לשעה 10 בבוקר.
חילוץ בני הערובה היה ברור שבשלב מסוים עלולים המחבלים לממש איומיהם ולכן הוחלט על פעולה מהירה. בדיוק בשעה 10 בבוקר פרץ לבניין כוח צה"ל בהובלת לוחמי סיירת מטכ"ל, בפיקוד עוזי דיין, בשיתוף סיירת גולני והם הרגו במהירות את כל חמשת המחבלים. במלך פריצת הכח לבנין נפצעו כמה מלוחמי הכוח וכן כמה מהילדים והועברו לטיפול בבית החולים. בפעולה זו נחשפה לראשונה יחידת עוקץ - יחידת הכלבנים של צה"ל. זו הייתה הפעם הראשונה שהיחידה הפעילה כלבים ללוחמה בטרור בפעילות נגד חוטפים.
בין לוחמי סיירת מטכ"ל השתתף במבצע ההסתערות על בית הילדים הבוטנאי ומורה הדרך דן "דנדן" בולוטין, שהרג את אחד המחבלים מבין החמישה שנהרגו, והוציא מבית הילדים מספר ילדים פצועים שפונו לבית החולים.
לאחר פריצת הסיירת וחיסול המחבלים התברר כי אחד הפעוטות בחדר הילדים אייל גלוסקא בן השנתיים וחצי נהרג בפיגוע. לא ברור באילו נסיבות וכיצד נהרג. קיימת סברה וסבירות שנהרג במהלך חילופי היריות בין המחבלים לכוח צהל הפורץ. אולי אף בנסיון הפריצה הראשון במהלך הלילה. יש טענה שהמחבלים רצחו אותו. מעניין אם הנושא נחקר.
באתר של חללי פעולות איבה נכתב אודותיו: "אייל נולד בשלהי 1977 בפתח תקוה . כשהיה בן שנה ורבע הגיע, ביחד עם הוריו יורם ואושרה ואחיו הבכור, לקיבוץ משגב עם לשנת ניסיון. עד מהרה הפך לחביב קבוצתו ולבן טיפוחיה של המטפלת שלו. הוא היה פעוט שמנמן, יפה תואר ומלא חיים. תמיד רץ ומקפץ ומתרוצץ ממקום למקום. שר לעצמו שירים ותמיד נראה עסוק. ילד לבבי, פיקח, מפותח שכלית לגילו ובעל אוצר מלים עשיר".
מראה של פוגרום לאחר חילוץ בני הערובה המחזה שנגלה לעיני חברי המשק בחדר בו הוחזקו בני הערבה היה מראה של פוגרום. כתמי דם טרי על הרצפה, מיטות ומזרנים הפוכים והרוסים, ארונות מרוסקים, בובות זרוקות.
ליד גופות המחבלים ובית הילדים התגלו מקלעונים מקלעי קלשניקוב, רימונים וכן שני כרוזים אחד מהם כולל גינוי לישראל והכרזה כי רק בטרור ומלחמה עקובה מדם ישוחררו אדמות פלשתין. בכרוז השני היו עשרות שמות של עצורים בבית כלא בישראל שאת שחרורם ביקשו המחבלים.
בעקבות הפיגוע הוקמה ועדת מומחים טכניים בנושא תפקודה הלקוי של גדר המערכת. כמו-כן יצאה ישראל למבצע "מתח גבוה", בו כוחות שייטת 13 תקפו בליל 18-17 באפריל 1980 קבוצת מחבלים שעמדה לצאת לפיגוע מיקוח בעודם בהתארגנות בבסיס של החזית העממית לשחרור פלשתין בדרום לבנון. בעקבות הפיגוע התחזק בקיבוצים השיח לביטול לינה משותפת.