在英苏联合入侵前夕，伊朗陆军规模约为12万人，编为两个配备105毫米斯科达火炮的皇家近卫师（均驻扎在德黑兰），9个普通师（分别驻扎在全国六个军区，其中5个师在北方防备苏联，4个师在南方防备英国），5个宪兵旅，以及1个独立的机械化旅（装备捷克制造的AH-IV和TNH坦克，若干英制1921型罗尔斯·罗伊斯装甲车以及美制TK-6装甲车）。伊朗皇家空军拥有大约400架飞机，编为8个大队。伊朗海军在里海中有2艘炮艇、5艘鱼雷艇、1艘武装拖船和1艘武装游艇，在波斯湾有2艘意大利建造的炮舰，4艘炮艇，3艘鱼雷艇和1艘拖船。
英军的入侵部队包括第8和第10印度师，第2印度装甲旅，第9装甲旅和第21印度步兵旅。苏军则从外高加索和中亚军区的第44、47和第53军中抽调了入侵部队。 1941年8月25日凌晨零点，由诺维科夫将军指挥的一支约2000人的苏军摩托化部队在阿塞拜疆南部纳希契万地区渡过阿拉斯河，进入伊朗境内，很快占领了马库（Maku）和霍伊（Khoi），随后经大不里士向东进军。东边500公里外，另一支2000人的苏军纵队沿着里海南岸向东进军，占领了恩泽里港和拉什特，并逼近加兹温城，不久在那里与第一路军会合。第三路苏军1000人在沙赫港登陆，攻占戈尔甘和呼罗珊省北部，随后推进至铁路枢纽塞姆南和沙赫鲁德。为了恐吓伊朗军队和平民，令其放弃抵抗，苏军飞机在入侵当天轰炸了大不里士、拉什特、加兹温和雷扎耶，次日轰炸了德黑兰郊区。两天的空袭一共炸死83名伊朗平民和12名军人。
面对苏联的突然进攻，毫无准备的伊朗军队大部分在军营里被缴了械。校级以上的军官和情报官员被内务人民委员部的军官甄别出来，一些人被带到巴库审问，此后下落不明。一些伊朗军人趁夜色掩护逃出军营，跑到附近民居中躲藏。一些对德黑兰统治不满的地方部落则趁机揭竿而起，在苏联卵翼下控制了北方山区。
在北方战线没有发生海上战斗，不过苏军在沙赫港登陆时，里海区舰队的舰艇之间曾发生误击。 在卡仑河口附近的沙普赫尔港（纵贯伊朗铁路的起点），一支搭载登陆部队的英澳联合舰队在8月25日凌晨4时08分悄悄驶入港口。这支小舰队包括“亚拉”号炮舰（HMAS Yarra）、“法茅斯”号护卫舰（HMS Falmouth）、“卡宁布拉”号辅助巡洋舰（HMAS Kanimbla）、1艘炮艇、2艘武装游艇和2艘武装的内河客船。见港内敌舰毫无防备，舰队指挥官哈林顿准将下令突然开火。“亚拉”号一炮击中伊朗海军最大的军舰——“虎”号（Babr）炮舰，将其重创。“亚拉”号随后进入卡仑河航道，用舰上的3磅炮和机枪扫射其余的伊朗炮艇，对方水兵纷纷跳河逃命。到凌晨5时30分，英澳舰队上搭载的印度陆军士兵全部登陆完毕，占领了港口。
在沙普赫尔港还停泊着5艘德国货船和3艘意大利货船，虽然这些船始终处于两艘伊朗军舰的监视之下，但是它们的存在始终使英国感到不安，担心其船员利用可乘之机在阿拉伯河中将船炸沉，以堵塞阿巴丹大型炼油厂船坞的唯一入口。当盟国舰队开入沙普赫尔港时，两艘德国船的船员便开始炸船。其中一艘在爆炸前被登船的澳大利亚士兵控制住，另外一艘德国商船“霍亨菲尔”号（SS Hohenfel）的船员成功地引爆了船内的炸药，但是凿船的位置选择不当，因此未能阻塞河道。沙普赫尔港内其余的轴心国货船全都被俘。
在阿巴丹港，英国海军“肖汉”号炮舰（HMS Shoreham）击沉了“虎”号的姐妹舰“豹”号（Palang）炮舰，港内的其他伊朗军舰不是被击毁，就是被俘。“亚拉”号和“卡宁布拉”号随后前往霍尔木兹海峡口的阿巴斯港，在那里击毁并捕获了意大利商船“希尔达”号。
8月25日白天，英国皇家空军的一队“布仑海姆”轻型轰炸机奇袭了阿瓦士机场，停在那里的伊朗飞机还没来得及起飞就被炸毁在地面上。接着，8000多名英印士兵乘船沿卡仑河北上，在一天的激战之后占领了阿瓦士。另一路英军从伊拉克的哈纳根出发，在25日凌晨4时越过边界，在克尔曼沙赫附近遭到伊朗军队的坚决抵抗，4天后才占领克尔曼沙赫油田。伊朗南部的各个空军基地被英军一扫而光，空军官兵被遣散回家，伊朗空军的飞机则被英军士兵拆毁。在巨大的杜珊·塔佩空军基地，英军接收了那里的沙阿兹飞机组装厂，15架刚从美国运来的、崭新的寇蒂斯“霍克”战斗机（其中5架还没拆箱）被英国人没收，运到了印度。 在德黑兰，礼萨国王在8月25日凌晨从曼苏尔首相那里得知英苏军队入侵的消息，他迅即向苏联大使和英国公使表示准备答应两国政府的要求。然而英苏使节的答复却是，两国的军队将继续向前挺进。
8月27日，曼苏尔首相被国王免职，新首相下令伊朗武装部队停止抵抗。8月30日，英苏大使要求伊朗军队全面停止抵抗，将除外交人员之外的全体德国侨民一律驱逐出境，伊朗为盟国取道其领土运输军火武器和战争物资提供方便。8月31日，英苏两国要求伊朗将德国侨民转交苏军和英军处置。9月9日，伊朗新首相取得议会的同意，答应了盟国的条件。然而第二天英国和苏联再度向伊朗发出最后通牒，要求伊朗在48小时内必须关闭德国、意大利、罗马尼亚和匈牙利使馆，交出德国侨民，否则盟军将全面占领伊朗。
