Une charge explosive constitué de grenades anti-sous-marine 24 Mark VII — contenant un total de 4,1 tonnes d'amatol — est installée dans des cuves en acier installées juste derrière le pilier d'acier soutenant le canon avant. Ces cuves sont cimentées. Les charges sont prévues pour exploser huit heures après l'enclenchement des détonateurs. Le Campbeltown appareille de Devonport pour Falmouth, en Cornouailles, le 25 mars afin de rejoindre les autres navires participant à l'opération. L'équipage, devant être évacué avec les commandos, est réduit à 75 hommes, sous le commandement du capitaine de corvette Étienne « Sam » Beattie.
Une flottille de 21 navires appareille le 26 mars 1942 de Falmouth à 14 h 0. Elle est constituée du Campbeltown, de 16 Fairmile B motor launch, d'une vedette-torpilleur, d'un Fairmile C motor gun boat, et de deux destroyers (Hunt class destroyer). Les deux destroyers ont pour but l'escorte de la flottille, mais n'approchent pas de Saint-Nazaire. En dehors d'un bref contact avec le U-593, la flottille atteint la France sans encombre. Une des vedettes ayant des problèmes de propulsion doit faire demi-tour et rentre au Royaume-Uni.
Le bombardement aérien initialement prévu avec 35 Armstrong Whitworth Whitley et 25 Vickers Wellington est beaucoup moins important que prévu en raison de nuages très épais. Il est inefficace et prévient les troupes allemandes que quelque chose d'inhabituel se passe. Néanmoins, en utilisant des signaux lumineux allemands, la flotte parvient à s'approcher à un 1,6 kilomètre de son objectif avant que les défenses allemandes n'ouvrent le feu. Le Campbeltown, plus grand navire de la flotte, essuie la plupart du feu ennemi. Pendant l'approche finale, l'équipage du Campbeltown abaisse le pavillon de la Kriegsmarine — utilisé pour leurrer les Allemands — et hisse celui de la Royal Navy.
À 1 h 34 le 28 mars, 4 minutes après l'heure planifiée, le Campbeltown entre en collision avec la porte de la forme de radoub. Les commandos et l'équipage du navire débarquent sur les quais sous le feu des Allemands et commencent leur mission de destruction des installations portuaires. Des 611 hommes qui constituent la force d'attaque, 169 sont tués (64 commandos et 105 marins). Parmi les survivants, 215 sont capturés et 222 sont évacués sur les petits bateaux restants. Cinq autres parviennent à quitter Saint-Nazaire et traversent la France en direction de l'Espagne pour rejoindre Gibraltar.
Les charges du Campbeltown explosent à midi, une heure et demie après l'heure prévue par les Britanniques. Bien que le navire ait été inspecté par les Allemands, les explosifs n'ont pas été trouvés. L'explosion tue près de 250 soldats allemands et civils français. Elle détruit la moitié avant du Campbeltown et les 150 tonnes de la porte de la cale sèche, provoquant un raz-de-marée dans celle-ci dans laquelle se trouvaient deux navires à sec. La cale sèche de Saint-Nazaire est rendue inutilisable pour le reste de la guerre, et ne sera pas réparée avant 1947.
Les torpilles à action retardée tirées sur les portes de l'écluse du bassin extérieur par des sous-marins ont, comme prévu, explosé dans la nuit du 30 mars. Cette explosion tardive a conduit les troupes allemandes paniquées à tirer sur des civils français. Seize civils français sont tués et une trentaine ont été blessés. Plus tard, 1 500 civils sont arrêtés et internés dans un camp à Savenay. Le Lt-Cdr Beattie — fait prisonnier — reçut la Croix de Victoria pour sa bravoure, et en 1947 la Légion d'honneur. Il est l'un des cinq participants du raid à obtenir une Croix de Victoria parmi 80 autres décorations militaires.