В 23 ч. 23 октября начальник Генштаба маршал Советского Союза В.Д. Соколовский по телефону ВЧ отдал командиру Особого корпуса распоряжение о выдвижении в Будапешт. В соответствии с решением правительства СССР «об оказании помощи правительству ВНР в связи с возникшими в стране политическими беспорядками» Министерство обороны СССР задействовало пять дивизий Сухопутных войск. В них насчитывалось: 31 550 человек личного состава, 1130 танков и САУ, 615 орудий и минометов, 185 зенитных орудий, 380 бронетранспортеров, 3830 автомашин. Одновременно были приведены в боевую готовность авиационные дивизии, насчитывавшие 159 истребителей и 122 бомбардировщика. Все силы находились на аэродромах в состоянии полной боевой готовности. Понятно, что истребители, прикрывавшие наши войска, нужны были не против повстанцев, а на случай появления натовских самолетов.
К этому времени в Будапеште были дислоцированы около 7 тысяч венгерских военнослужащих и 50 танков Т-34-85. В ночь на 24 октября в Будапешт были введены около 6 тысяч советских солдат и офицеров, 290 танков (Т-34-85, Т-54 и ИС-3), 120 бронетранспортеров и 156 орудий. Однако для боевых действий в большом городе с населением около двух миллионов человек этого было явно недостаточно. Поэтому вечером к ним присоединились части 3-го стрелкового корпуса Венгерской народной армии (ВНА). В первые же часы они уничтожили 340 повстанцев.
Утром 25 октября к Будапешту подошла 33-я гвардейская механизированная дивизия, а к вечеру — 128-я гвардейская стрелковая дивизия, которые сразу же вошли в состав Особого корпуса.
К этому времени сопротивление повстанцев в центре Будапешта усилилось. Это было связано с инцидентом, произошедшим у здания парламента. Во время мирного митинга с крыш и верхних этажей был открыт огонь. Погиб советский офицер, сгорел танк. В связи с этим 33-й дивизии была поставлена задача очистить от вооруженных отрядов центральную часть города, где уже были созданы опорные пункты повстанцев. Для борьбы с танками они применяли противотанковые и зенитные орудия, гранатометы, противотанковые гранаты и бутылки с горючей смесью. В результате боя повстанцы потеряли только убитыми 60 человек.
На утро 28 октября был запланирован штурм центра Будапешта совместно с подразделениями 5-го и 6-го венгерских механизированных полков. Однако перед началом операции венгерские войска получили приказ о неучастии в боевых действиях. 29 октября приказ о прекращении огня получили и советские войска. На следующий день правительство Надя потребовало немедленного вывода советского воинского контингента из Будапешта. 31 октября все советские части были выведены из города и заняли позиции в 15–20 км от него. Одновременно министр обороны СССР получил указание от ЦК КПСС «разработать соответствующий план мероприятий, связанных с событиями в Венгрии». На вопрос Хрущева о том, сколько времени потребуется советским войскам для наведения порядка в Венгрии, маршал Жуков ответил: «Трое суток».
1 ноября венгерское правительство во главе с Имре Надем заявило о выходе страны из Варшавского пакта и потребовало немедленного вывода советских войск. Вечером того же дня по радио выступил бывший министр внутренних дел Янош Кадар, заявивший о создании новой Венгерской социалистической партии взамен ВПТ. 2 ноября Кадар в сопровождении офицеров КГБ был доставлен в Москву. Там он встретился с Хрущевым, который предложил Кадару возглавить страну после «вооруженного подавления контрреволюции». Кадар немного поколебался, а затем согласился.
Лидеры нового венгерского правительства, командиры повстанческих отрядов и перешедших на их сторону подразделений ВНА понимали неизбежность советского вторжения и начали готовиться к обороне. Вокруг столицы создавался оборонительный рубеж, усиленный десятками зенитных и противотанковых орудий. В населенных пунктах, прилегавших к Будапешту, появились заставы с танками и артиллерией. Численность венгерских частей в городе достигла 50 тысяч человек. Кроме того, более 10 тысяч человек входили в состав «национальной гвардии». Число танков увеличилось до ста.