В ночь на 20 января 1990 года советская армия штурмовала Баку с целью разгрома Народного фронта и спасения власти Коммунистической партии в Азербайджане, руководствуясь указом о вводе в городе чрезвычайного положения, которое было объявлено начиная с полуночи. Однако из-за того, что телеэфир после взрыва блока питания на телевизионной станции был отключен в 19:30, жители города не знали, что происходит. Большинство бакинцев узнали о введении чрезвычайного положения только в 5:30 утра из объявления по радио и из листовок, разбрасываемых с вертолётов, когда было уже слишком поздно. Введение войск в Баку происходило с трёх сторон, по всей окружности кольцевых дорог, примыкающих к городу. Одновременно армейские части начали разблокировать казармы.
По пути, бронетанковые колонны были подвергнуты обстрелам. В ответ военнослужащие применили оружие. Впоследствии министр обороны СССР Д. Язов скажет, что при Совете национальной обороны насчитывалось 40 тыс. боевиков, вооружённых автоматическим оружием. Однако советские журналисты, находившиеся в городе, заявили, что не обнаружили каких-либо данных о большом количестве вооружения, тем более что было конфисковано 84 единиц оружия, по большей части самодельные. Как писал корреспондент Литературной газеты «армия ответила. Она ответила повсеместно, хотя и большей частью неадекватно». Вступление армейских частей в город сопровождалось многочисленными актами умышленных убийств мирного населения. Солдаты периодически открывали огонь из автоматов и пулемётов. При этом никто из организаторов пикетов не погиб. К моменту объявления чрезвычайного положения среди убитых только 42 человека являлись непосредственными участниками пикетов; ещё девять человек погибли, прибыв к месту пикетирования после того, как войска прорвали блокаду. Они были убиты при оказании помощи раненым. Военнослужащие открывали огонь даже по сотрудникам милиции.
Председатель Президиума Верховного Совета Азербайджанской ССР Эльмира Кафарова выступила по радио с решительным протестом против объявления чрезвычайного положения и ввода войск в Баку, утверждая, что это сделано без её ведома. Целью военных был бакинский порт, где, по сведениям разведки, на теплоходе «Сабит Оруджев» находился штаб Народного фронта. Накануне операции, с помощью диверсии спецназа КГБ, было отключено вещание с бакинской телебашни. После подавления восстания в Баку Советская Армия восстановила свергнутую советскую власть в городах Азербайджана. По утверждению комиссии по расследованию событий Верховного Совета Азербайджанской ССР эта акция «была сознательно спланирована и цинично осуществлена как карательная акция и имела целью дать наглядный урок устрашения движениям за независимость в Азербайджане и других республиках Советского Союза».
Уже на следующий день после ввода войск в Баку стали появляться листовки и надписи, осуждающие действия армии. На здании ЦК была выбита надпись: «Долой советскую империю!», «Долой КПСС!», «Советская армия — фашистская армия», а на здании МВД сбит лозунг «Слава КПСС!». Вечером 21 января открылась чрезвычайная сессия Верховного Совета Азербайджанской ССР, которая признала неправомерным ввод войск в Баку и приостановила Указ Президиума Верховного Совета СССР о чрезвычайном положении в городе, заявив, что, если центральные власти проигнорируют это решение, будет поставлен вопрос о выходе Азербайджана из СССР. 25 января суда, блокирующие бакинскую бухту, были захвачены военно-морским десантом. Несколько дней сопротивление продолжалось в Нахичевани, но вскоре и здесь сопротивление Народного фронта было подавлено.