Линейка, посвященная Дню знаний, была перенесена из-за жары с традиционных 10 часов утра на 9 утра. Всего на линейке, по данным РИА, находилось 895 учеников и 59 учителей и технических сотрудников школы.

Количество родителей, пришедших проводить детей в школу, неизвестно. На линейке оказалось много малышей: из девяти бесланских детсадов четыре не работали из-за затянувшегося ремонта, и родители привели детей с собой.

Группа вооруженных боевиков подъехала к зданию школы на тентованном ГАЗ-66 и ВАЗ-2107. Беспорядочно стреляя в воздух, террористы загнали в здание школы более 1100 человек — детей, их родственников и сотрудников школы. В суматохе от 50 до 150 старшеклассникам удалось бежать.
Большинство заложников были загнаны в главный спортзал, остальные — в тренажерный зал, душевые и столовую. Из ГАЗ-66 были выгружены боеприпасы, тяжелое вооружение и взрывчатка. Вооружены террористы были основательно: 22 автомата Калашникова, в том числе с подствольными гранатометами, два ручных пулемета РПК-74, два пулемета ПКМ, один танковый пулемет Калашникова, два ручных противотанковых гранатомета РПГ-7 и гранатометы РПГ-18 «Муха». Подходы к спортзалу и сам спортзал были заминированы.

«Если убьют любого из нас, расстреляем 50 человек, если ранят любого из нас — убьем 20 человек. Если убьют из нас 5 человек, мы все взорвем. Если отключат свет, связь на минуту, мы расстреляем 10 человек», — сразу же заявили террористы в записке, переданной в 11:35 через выпущенную из школы женщину. Кроме того, они потребовали для переговоров президента Северной Осетии Александра Дзасохова, главу Ингушетии Мурата Зязикова и детского врача Леонида Рошаля.

Между 16:00 и 16:30 в здании школы прогремел взрыв и раздались выстрелы.

Около 19:00 боевики вышли на связь по мобильному телефону. Они отказались от предложения передать заложникам пищу и воду, мотивируя это тем, что в них могут содержаться психотропные вещества.
Рано утром 2 сентября террористы отказались обменять детей на взрослых.

В 16 часов в захваченную школу вошел бывший президент Ингушетии Руслан Аушев. Переговоры с Русланом Аушевым о передаче воды и продуктов ни к чему не привели, однако из школы выпустили 24 женщины с грудными детьми.

Тем временем жара, отсутствие воды и смрад ухудшили состояние детей: многие из них теряли сознание. Заложники были вынуждены питаться лепестками принесенных ими цветов и пить собственную мочу, потому что все источники воды к тому времени были перекрыты террористами.

3 сентября в 13:04 в спортзале последовательно произошли два мощных взрыва с короткими интервалами. Через несколько минут заложники начали выпрыгивать через окна и выбегать через входную дверь во двор школы. Террористы открыли по ним огонь из автоматов и гранатометов, убив 29 человек.

Через пять минут после первых взрывов началась антитеррористическая операция, в которой принимали участие две оперативно-боевые группы ЦСН ФСБ. Над школой появились боевые вертолеты Ми-8.

В 13:31 террористы подорвали ранее установленные в захваченной школе взрывные устройства, обрушилась крыша. Началась паника. Боевики беспорядочно стреляли по людям.

В 13:50 российские спецназовцы вошли в здание школы. Другая часть российских спецподразделений вела бой с террористами, укрывшимися в жилом квартале рядом со школой. Дом, где находились террористы, расстреливали танки.

Около 14:08 практически вся школа, кроме заминированного спортзала, находилась под контролем спецназа. Начали выносить раненых и убитых. Машин скорой помощи и носилок не хватало. На помощь пришли местные жители, собравшиеся вокруг школы.

В 15:50 спецназ ворвался в здание спортзала школы и начал его разминирование. Силовая операция в Беслане была завершена к вечеру 3 сентября.

В результате теракта в Беслане погибло 334 человека, большинство из которых составили заложники, включая 186 детей от 1 года до 17 лет. К утру 4 сентября в больницы Беслана и Владикавказа поступило свыше 700 раненых, более половины которых составили дети. В 66 семьях погибло от 2 до 6 человек, а 17 детей остались круглыми сиротами. Для сравнения: за четыре года Великой Отечественной войны на различных фронтах Беслан потерял 357 мужчин.

Во время штурма здания погибли 10 сотрудников ЦСН ФСБ.

Организацию террористического акта взял на себя полевой командир Шамиль Басаев. По данным РИА, из 27 (по другим данным — 32) террористов в живых остался только один — Нурпаша Кулаев.

Сейчас он отбывает пожизненное заключение в колонии «Полярная сова», расположенной в поселке Харп Приуральского района Ямало-Ненецкого автономного округа.