ארעת החטופים שוחררו במבצע מורכב מאוד שזכה לשם "זרעי קיץ". המבצע נעשה בשיתוף פעולה הדוק בין צה"ל לשב"כ ונוהל קרב שנערך במשך שבועות ארוכים – מאיסוף המודיעין שכלל סכנת חיים של אנשים רבים ועד בניית התרחישים לפעילות וההכנות הרבות לקראת ההוצאה לפועל.
בכירים במערכת הביטחון מעידים שמדובר במבצע שטרם נראה, מבצע שיכולות השב"כ נמתחו בו עד לקצה, מעבר לכל דמיון, אמ"ן הפגין יכולות טכניות ופתרונות יצירתיים והימ"מ עשה הרבה מאוד מודלים במקצוענות אמיתית.
בחדר הפיקוד היו ראש הממשלה, שר הביטחון, הרמטכ"ל הרצי הלוי, ראש השב"כ רונן בר, מפכ"ל המשטרה, ראש אמ"ן, ראש אגף המבצעים, מפקד חיל האוויר ובכירים בשירות הביטחון הכללי.
על פי המידע המודיעיני שהגיע, ארבעת החטופים הוחזקו בשני מבנים נפרדים – 200 מטרים אחד מהשני, בלב מחנה הפליטים נוציראת, נועה ארגמני הייתה במבנה אחד ואלמוג מאיר, אנדריי קוזלוב ושלומי זיו היו במבנה השני. בצה"ל החליטו לפעול בשני המבנים בו זמנית למרות הסיכון, מתוך הנחה שמחבלי חמאס ירצחו את החטופים באתר השני במקרה של פעולה רק באחד מהם.
השב"כ הוביל את המבצע והחליט לפתוח בו דווקא בשבת בשעה 11 בבוקר מתוך הנחה שהדבר יהווה הפתעה לכוחות חמאס במקום. המבצע החל בהשתלטות על שני יעדים בו זמנית של לוחמי ימ"מ ושב"כ, כשבמקביל חיל האוויר תקף עשרות מטרות באיזור ולוחמי צה"ל נותנים מעטפת ובכוננות לחילוץ בכל הגזרה. בפריצה למבנים יש שימוש באמצעים מיוחדים, שחלקם פותחו במיוחד למבצע הזה.
בדירה בה הוחזקו שלושת החטופים היה הקרב הקשה ביותר, ושם נפצע באורח קשה פקד ארנון זמורה ז"ל, מפקד צוות בימ"מ שבבית החולים נפטר מפצעיו. מיד לאחר ההוצאה של החטופים מהבתים הכוחות החלו בתהליך נסיגה תוך כדי לחימה, אל מול עשרות מחבלים עם נשקים, מקלעים וטילי נ"ט. בעקבות זאת החליטו בצה"ל להפעיל את תכנית החילוץ עליה התאמנו. כלל המחבלים שחטפו ושבו את האזרחים הישראלים – חוסלו. פעולת החילוץ עצמה ארכה כשעה בלבד.
כוחות אוגדה 98 זינקו לעבר הכוחות הלוחמים, חברו אליהם וסייעו בחילוץ, שנתקל במכשול נוסף – הרכב בו היו החטופים נתקע בשטח בעקבות הלחימה. מסוקים של חיל האוויר נכנסו באור יום לתוך שטח הרצועה, באומץ בלתי רגיל של הטייסים, חברו לכוחות כדי לחלץ את כלל הכוחות לשטח ישראל.
מפקד אוגדה 98 פיקד על יחידות צה"ל שלחמו באירוע: חטיבות כפיר, צנחנים ו-7, כוחות שייטת ויחידות מיוחדות נוספות. בהמשך החלו מסוקי קרב לפגוע בעשרות המחבלים שניסו לסכל את החילוץ.
בכירים בצה"ל ובמערכת הביטחון אומרים שהשיתוף פעולה בין הגופים השונים היה הרמוני ואיכותי מאין כמותו, והיו לו ארבעה נקודות עיקריות: תחבולה, הפתעה, תעוזה ונחישות.
