Наступление было спланировано по всему фронту — на 40 км в ширину и до 120 км в глубину — до Ингури. Была также поставлена задача блокирования автодороги и железнодорожного моста через Кодор, чтобы грузинская сторона не подтянула резервные силы и вооружение в Сухуми. С интервалом в один день эта масштабная операция развернулась по Очамчирскому (16 сентября) и Гумистинскому (17 сентября) фронтам, и 17 же сентября была успешно форсирована Гумиста.
В 5 часов утра 16 сентября ткварчельские отряды двинулись к побережью, захватили участок объездной дороги у села Цагера, заняли Тамыш, Старые Киндги, Аракич и большую часть трассы, приняли с моря две баржи с оружием и боеприпасами. Грузинская военная группировка в Абхазии была вновь разрезана на две части. Несколько часов спустя гудаутцы атаковали Сухуми и перешли Гумисту в районе Нижнего моста.
Таково было начало основной операции по взятию Сухуми, окруженного с трех сторон: Гумисты, моря и гор. Лишь промедление на Очамчирском фронте не позволило полностью замкнуть кольцо, однако исход операции уже не вызывал сомнений. 20 сентября абхазское командование предложило грузинским войскам покинуть Сухуми по коридору безопасности, однако ответа не последовало, и 21 сентября в городе начались уличные бои, продолжавшиеся почти целую неделю. В ходе ожесточенных боев за Сухуми пятитысячной Абхазской армии противостояли более 20 тысяч грузинских гвардейцев.
Министр обороны РФ Павел Грачев на встрече 17 сентября предложил Эдуарду Шеварднадзе ввести в столицу Абхазии Псковскую и Тульскую дивизии ВДВ и разъединить противоборствующие стороны, но тот отказался от этого спасительного предложения. 27 сентября Второй армейский корпус грузинской армии был разбит, а государственный флаг Республики Абхазия поднят над зданием Верховного Совета.
Абхазские ВМС, блокировав с моря Сухуми в 1993 г, сыграли важную роль при штурме города. ВМС командовал Юрий Ачба, начальником штаба ВМС был дагестанец Али Алиев, вице-президент КНК от лакского народа. В ночь на 16 сентября абхазская сторона дважды провела демонстрацию высадки морского десанта на пляж в центре Сухуми. После этих отвлекающих маневров основные силы Абхазской армии перешли в решительное наступление на Сухуми со стратегически важных высот, взятых под контроль в июле, и буквально обрушились на город.
После неудавшихся попыток в ночь на 19 сентября высадить морские десанты в районе Очамчира и Бабушера (у Сухумского аэропорта) в Гульрипшском районе к берегу подошли абхазские корабли с установками «Град» на борту и открыли огонь по Бабушере. Доставка подкреплений в Сухуми была возможна только воздушным путем, гак как наземные пути были заблокированы отрядами абхазского Восточного фронта, вышедшими к Очамчире, а морские — контролировались абхазским флотом. Для перевозки войск грузинское командование задействовало гражданские авиалайнеры.
Помимо обстрела территории аэропорта абхазские катера, вооруженные системами ПВО (ПЗРК «Стрела-2» и «Игла»), совместно с подразделениями ПВО и артиллеристами практически парализовали работу аэропорта Бабушера Всего было сбито четыре самолета, а один поврежден.
Из этих самолетов два-три были сбиты расчетами ПВО. 20 сентября в 18 ч. 37 мин. стрелком-зенитчиком Атарского батальона Артуром Тарба был сбит Ту-154 (бортовой № 369931), перевозивший свыше ста грузинских солдат. 23 сентября над Тависуплебой (Верхняя Яштхуа) во время налета были обстреляны расчетом ПВО Гумистинского фронта (командир расчета Б. Ардзинба, пуск произвел В. Моисеев) два грузинских Су-25. Первый из них упал в 10 ч. 45 мин. в районе Абжаквы, при этом погиб командующий ВВС Грузии Цирцвадзе, второй предположительно упал, не долетев до аэродрома, но грузинская сторона отрицает потерю второго Су-25. Еще один самолет, Ту-134 (бортовой № 65001), был подбит на стоянке сухумского аэропорта 23 сентября реактивной системой БМ-21 «Град» из села Одиша Сухумского района (командир расчета Нури Отырба, командир взвода Астамур Хашиг). Еще два самолета были сбиты с катеров.
21 сентября в 16 ч. 25 мин. над морем был сбит пассажирский самолет Ту-134 (бортовой № 65893), летевший рейсом Сочи — Сухуми. Погибли 22 пассажира, в том числе несколько журналистов из России и стран Европы, и 6 членов экипажа. Сбил его из ПЗРК матрос ВМС Республики Абхазия Дмитрий Нагимов (таджик по национальности). Самолет упал недалеко от дома отдыха «Литературной газеты».
Эту трагедию на пленку сумели снять грузинские телевизионщики и демонстрировали ее по телевидению. Сюжет такой. На горизонте стоит «Гриф» (было далековато, но камера приблизила катер до распознавания), затем с него взлетела ракета (был виден белый след от двигателей) и попала в самолет, двигатель которого окутался черным дымом, и он по пологой глиссаде упал в море. Катер ушел, по нему огонь не велся, хотя он был в досягаемости орудий береговой обороны КС-19 и танковых пушек, которые находились неподалеку.
22 сентября в 19 часов ракетой с катера был поражен очередной пассажирский самолет Ту-154Б (бортовой № 85164), выполнявший рейс Тбилиси — Сухуми. Сбил его из ПЗРК моряк-чеченец Булат Амаев. Спасая гибнущий самолет, экипаж пытался посадить его, но от удара о землю взорвались топливные баки, и лайнер распался на несколько частей. 104 сотрудника полиции заживо сгорели в салоне самолета. Семнадцати (в том числе и летчикам), находившимся в носовой части, удалось выжить. По другим данным, погибли около 80 человек из ста.
Сбитые 20 и 22 сентября Ту-154 перевозили грузинские спецподразделения и украинских боевиков. Для увеличения вместительности из салонов были убраны все кресла и лишнее оборудование. Грузины по телевидению в прямом эфире показывали, как солдаты грузятся на самолеты и дают интервью. Многие солдаты прошли Афганистан и были уверены в своей победе. Но не учли одного. Телевидение рассказало о них все, даже момент взлета и пункт назначения. Конечно, рассказ шел на грузинском языке, но многие абхазы знают его и смотрят телевизор, так что самолеты ждали.
Наступление абхазской стороны в Очамчирском районе встретило активное противодействие грузинских войск. 21 сентября грузинские корабли подвезли в Очамчирский район оружие, включая тяжелую технику, и боеприпасы. В осажденном с суши селе Новые Киндги грузинские отряды получили по морю подкрепление, и в Очамчирском районе снова превосходили силами ткварчельцев. Войска Шеварднадзе заставили абхазов отступить из Тамыша, к вечеру 22 сентября захватили Ануарху, пресекли попытку абхазского флота подойти к Скурче. 22 сентября поздно вечером в море появились 9 абхазских военных кораблей, приближавшихся к берегу в районе села Скурча. Эти корабли явно планировали помешать дальнейшему продвижению грузинских войск к реке Кодори. Однако после обстрела противником эти корабли были вынуждены уйти в гудаутском направлении.
Наступление абхазов застало российские власти врасплох. Тем не менее уже 23 сентября корабли Черноморского флота были у берегов Абхазии. Российские военные, видя, что Шеварднадзе не сможет удержать город, предложили вывезти всех желающих по морю в Поти, Сочи и Гудауту. Но эвакуация началась не сразу абхазы потребовали разрешить им досмотр российских кораблей, поскольку опасались, что русские могут помочь оружием грузинам.