8 августа вскоре после полуночи по Цхинвали нанесла удар грузинская авиация и началось наступление пехоты. Одновременно были атакованы осетинские села по всему региону.
В 4 часа утра Россия потребовала экстренного созыва заседания Совета Безопасности ООН и подняла по тревоге части 58-й армии Северо-Кавказского военного округа. В 11 часов утра Михаил Саакашвили заявил, что бои идут в центре Цхинвали. К столице непризнанной республики выдвинулись осетинские формирования из Джавы.
В Пекине Владимир Путин на встрече с президентом Казахстана Нурсултаном Назарбаевым заявил, что атаки Грузии «будут вызывать ответные действия». К полудню 8 августа через Рокский тоннель в Южную Осетию вошли три батальонные тактические группы из состава 429-го и 503-го мотострелковых полков 19-й мотострелковой дивизии и 135-го отдельного мотострелкового полка 58-й армии Северо-Кавказского военного округа, которые развернулись в боевые порядки в районах Джава и Гуфта. Попытки грузинской стороны блокировать их продвижение, разбомбив мост в районе Джавы, оказались неудачными. По всему Цхинвали тем временем шли бои.
Мэр Тбилиси Гиги Угулава заявил, что Грузия прекратит огонь на три часа, с 15.00 до 18.00, и создаст коридор для выхода мирных жителей из Цхинвали в направлении грузинской территории. Марат Кулахметов назвал эти обещания «враньем».
В 15.00 Дмитрий Медведев заявил на Совете безопасности: «Мы не допустим безнаказанной гибели наших соотечественников». Вскоре после этого Михаил Саакашвили заявил в интервью CNN: «Россия ведет с нами войну на нашей территории». В 15.30 южноосетинские власти сообщили, что российская бронетехника находится на подходе к Цхинвали. Начались боестолкновения российских и грузинских подразделений. Минобороны РФ заявило о 10 убитых и 30 раненых российских миротворцах. Грузинские официальные лица объявили, что сбито несколько российских самолетов.
В 17.45 госминистр Грузии Темур Якобашвили заявил, что Цхинвали полностью контролируется грузинской армией, а Минобороны РФ, в свою очередь, сообщило, что «подразделения 58-й армии СКВО находятся близ Цхинвали». Эдуард Кокойты заявил, что, по его данным, в Цхинвали погибли более 1400 человек.
К исходу дня российские войска очистили объездную дорогу и высоты в районе Квернети, Тбети, Дзари и вышли к западной окраине Цхинвали.
9 августа всю первую половину дня грузинская армия продолжала обстреливать и бомбить осетинские и российские позиции. В Цхинвали шли уличные бои. Российская авиация атаковала военные и стратегические объекты по всей Грузии, а также оказывала поддержку войскам непосредственно в Южной Осетии. Артиллерия обстреливала огневые точки в районе Цхинвали и вела контрбатарейную борьбу.
Помимо переброски дополнительных подразделений в Южную Осетию Россия выдвинула в Абхазию подразделения ВДВ и морскую пехоту. К берегам Абхазии прибыла группа кораблей Черноморского флота во главе с ракетным крейсером «Москва».
В районе боевых действий прошло несколько воздушных боев, СМИ сообщали об уничтожении грузинского Су-25. Вечером в районе Цхинвали была атакована российская армейская колонна, ранен командующий 58-й армией генерал-лейтенант Анатолий Хрулев. В Тбилиси официальные лица продолжали обращаться за помощью к мировому сообществу, одновременно заявляя, что грузинские войска контролируют Цхинвали.
Корабли ВМФ России нанесли ракетный и артиллерийский удары по грузинским катерам, один из них был потоплен.
Владимир Путин прибыл во Владикавказ.
10 августа, воскресенье. Ночью в Южной Осетии продолжался обмен артиллерийскими ударами. Были совершены новые налеты на Грузию: российская авиация бомбила радары, позиции зенитно-ракетных комплексов, военные базы, порты, аэродромы, мосты по всей стране. Грузинская сторона заявила о многочисленных авиаударах по населенным пунктам. Минобороны РФ указывало, что самолеты атакуют только военные объекты.
Россия увеличила свою группировку в Южной Осетии до четырех полковых тактических групп (135-го, 429-го и 503-го мотострелковых полков и полка 76-й Псковской десантно-штурмовой дивизии) и привлекла значительные силы артиллерии. Общая численность войск была доведена примерно до 10 000 человек.
