Sáng 9/10/1954, bộ đội ta chia làm nhiều cánh quân tiến vào 5 cửa ô rồi tỏa ra các khu. Một trong những cơ sở đầu tiên được lực lượng của ta tiếp quản từ quân Pháp là ga Hà Nội. Khánh thành vào năm 1902, ga Hà Nội là ga xe lửa có quy mô lớn nhất xứ Đông Dương. Không chỉ là đầu mối giao thông, công trình này còn có tầm quan trọng chiến lược về mặt quân sự của Thủ đô Hà Nội.

16h ngày 9/10/1954, những lính Pháp cuối cùng rút khỏi Hà Nội qua cầu Long Biên. Họ qua ngả Bắc Ninh để đi Hải Phòng trước khi được đưa về Pháp bằng tàu biển. Ở chiều ngược lại của cây cầu lịch sử, đoàn quân Việt Minh hùng dũng tiến vào tiếp quản Thủ đô. Bắc qua sông Hồng, cầu Long Biên được xây dựng năm 1899 - 1902, ban đầu mang tên Toàn quyền Đông Dương Paul Doumer. Được xây dựng với sự tham gia của khoảng 40 kỹ sư và chuyên gia Pháp, đây là cây cầu hoành tráng và hiện đại nhất Đông Dương thời bấy giờ. Ngày nay, cầu cầu trăm tuổi được xem là một trong những biểu tượng của Hà Nội.

Sáng sớm 10/10/1954, Ủy ban Quân chính Thành phố và các đơn vị quân đội ta chia làm nhiều cánh lớn mở cuộc hành quân vào Hà Nội. Các trụ sở công quyền, công trình lợi ích công cộng, xí nghiệp, bệnh viện, trường học... nằm dưới sự kiểm soát của thực dân Pháp cũng được lực lượng ta tiếp quản thành công, trong đó có địa điểm mang giá trị biểu tượng là phủ Thủ hiến Bắc Việt - Bắc Bộ phủ cũ. Công trình này đã chứng kiến trận đánh khốc liệt nhất của cuộc Toàn quốc kháng chiến mùa đông năm 1946. Tại đây, từ đêm 19/12 đến chiều 20/12/1946, các chiến sĩ Vệ quốc đoàn đã chiến đấu anh dũng để bảo vệ tòa nhà.

Từ 8h ngày 10/10/1954, cánh quân phía Tây của ta xuất phát từ Quần Ngựa (nay là Cung thi đấu Thể thao Quần Ngựa) đã đi qua các đường Kim Mã, Nguyễn Thái Học, Cửa Nam, Hàng Bông, Hàng Đào (ảnh), Hàng Ngang… trong sự chào đón nồng nhiệt của người dân Thủ đô.

8h45, cánh quân phía Nam xuất phát từ Việt Nam học xá (khu vực Đại học Bách khoa Hà Nội bây giờ) tiến qua phố Bạch Mai, phố Huế… vòng quanh bờ hồ Hoàn Kiếm, rồi trở lại theo hai hướng Đông và Tây của phố Trần Hưng Đạo, đóng quân ở khu vực Đồn Thủy.

Lúc 9h45, cánh quân phía Tây đã đi qua Cửa Đông, đóng trong Thành cổ Hà Nội.

Từ 9h30, đoàn cơ giới và pháo binh cùng các chỉ huy của cuộc tiếp quản xuất phát từ sân bay Bạch Mai hướng về khu phố cổ, đi qua chợ Đồng Xuân rồi vào Thành cổ Hà Nội bằng Cửa Bắc.

Khu Thành cổ, cơ quan đầu não của quân đội Pháp ở Hà Nội, đã được quân ta tiếp quản tuyệt đối an toàn và nhanh gọn. Thành cổ Hà Nội, ngày nay được biết đến với tên gọi Hoàng thành Thăng Long, là quần thể di tích gắn với lịch sử kinh thành Thăng Long - Đông Kinh và tỉnh thành Hà Nội bắt đầu từ thời kỳ tiền Thăng Long (An Nam đô hộ phủ thế kỷ VII) qua thời Đinh - Tiền Lê, phát triển mạnh dưới thời Lý, Trần, Lê và thành Hà Nội dưới triều Nguyễn. Đây là công trình kiến trúc đồ sộ, được các triều vua xây dựng trong nhiều giai đoạn lịch sử và trở thành một trong những di tích quan trọng bậc nhất trong hệ thống di tích Việt Nam. Nơi đây đã được UNESCO công nhận là Di sản văn hóa thế giới vào năm 2010.

15h ngày 10/10/1954, hàng vạn nhân dân Thủ đô tề tựu tại Cột cờ Hà Nội để dự lễ thượng cờ do Ủy ban Quân chính Thành phố tổ chức. Sau 9 năm, lá cờ đỏ sao vàng lại kiêu hãnh tung bay. Tại buổi lễ chào cờ lịch sử ở Cột cờ Hà Nội, Chủ tịch Ủy ban Quân chính Vương Thừa Vũ đọc lời kêu gọi của Chủ tịch Hồ Chí Minh gửi đồng bào Thủ đô nhân ngày giải phóng. Ngày nay, Cột cờ Hà Nội là công trình quan trọng trong Di sản văn hóa thế giới Hoàng thành Thăng Long.

Nhà hát Lớn là nơi nổi hồi còi báo hiệu cho lễ thượng cờ lịch sử ở Hà Nội ngày 10/10/1954. Nhà hát này được xây dựng từ năm 1901-1911, là công trình kiến trúc tiêu biểu của Hà Nội thời thuộc Pháp. Đây là nơi Quốc hội đầu tiên của nước Việt Nam Dân chủ Cộng hòa nhóm họp và thông qua Hiến pháp năm 1946 - bản Hiến pháp đầu tiên của một nước Việt Nam độc lập. Đây cũng nơi tổ chức Kỳ họp thứ Tư, Quốc hội khóa I, kỳ họp đầu tiên trong hòa bình của Thủ đô.