К 22 часам того же дня стало известно, что здание театра захватил отряд чеченских боевиков во главе с Мовсаром Бараевым, среди террористов есть женщины-смертницы, обвешанные взрывчаткой. К зданию центра на Дубровке стягиваются усиленные наряды милиции, сотрудники ОМОНа и СОБРа.
С 2 часов ночи начинаются попытки вести переговоры с боевиками. В переговорах принимали участие депутат Госдумы от Чечни Асламбек Аслаханов, Иосиф Кобзон, британский журналист Марк Франкетти, два врача Красного Креста. Однако лишь 25 октября в час ночи террористы пропустили в здание руководителя отделения неотложной хирургии и травмы Центра медицины катастроф Леонида Рошаля. Он принес заложникам медикаменты и оказал им первую медицинскую помощь.
24 октября в 19 часов катарский телеканал «Аль-Джазира» показал обращение боевиков Мовсара Бараева, записанное за несколько дней до захвата ДК: террористы объявляют себя смертниками и требуют вывода российских войск из Чечни.
25 октября в 15.30 в Кремле президент РФ Владимир Путин провел совещание с главами МВД и ФСБ. По итогам встречи директор ФСБ Николай Патрушев заявил, что власти готовы сохранить террористам жизнь, если они освободят всех заложников.
26 октября в 5 часов 30 минут у здания ДК раздаются три взрыва и несколько автоматных очередей. Около шести часов спецназ начал штурм, во время которого был применен нервно-паралитический газ. В половине седьмого утра официальный представитель ФСБ сообщил, что Театральный центр находится под контролем спецслужб, Мовсар Бараев и большая часть террористов уничтожены. Число обезвреженных террористов в здании Театрального центра на Дубровке составило 50 человек — 18 женщин и 32 мужчины.
В результате операции было спасено 750 заложников. По официальным данным, которые опубликовала 7 ноября прокуратура Москвы, погибли 130 человек из числа заложников, из них 10 детей.
