8月20日下午，毛泽东在北戴河住处召集周恩来、邓小平、林彪、黄克诚、叶飞、萧劲光、陈锡联、王秉璋、王尚荣、陶勇开会，具体部署炮击金门作战。毛泽东决定，立即集中力量，对金门国民党军予以突然猛烈的打击(不打马祖)，把它封锁起来。他同时指出:

经一段时间后，对方可能从金、马撤兵或困难很大还要挣扎，那时是否考虑登岛作战，视情而定，走一步，看一步。

根据这一思想，中央军委确定于23日开始，对大、小金门实施一次大规模的炮击，着重打击国民党军指挥机关、炮兵阵地、雷达阵地、料罗湾码头的国民党军舰；先打3天，走出第一步，然后视台湾当局态度和国际反应，再走第二步。

在决策炮击金门的时候，毛泽东和中共中央是否有夺占金门的意图？攻占金、马、澎、台一直是中共中央的既定决策。运用威慑的手段迫使国民党撤军，也有1955年大陈岛的先例，何乐而不为。当然，毛泽东历来是灵活用兵，不拘一格，他决不会把一些意图固定化的。

8月23日，在毛泽东、总参作战部长王尚荣、福州军区参谋长石一宸之间，一直保持着一种畅行无阻的联系。指战员们在焦急地等待着毛泽东的最后命令。

下午5时30分，炮击金门作战正式开始。福建前线指挥部遵照毛泽东和中央军委的指示下达炮击命令。顿时，前沿阵地万炮齐鸣，大、小金门，大担、二担等蒋军盘踞的岛屿，遭到猛烈的轰击。3万发炮弹倾泻在这些岛屿的机场、弹药库、油库及前沿和炮兵阵地上。

蒋军猝不及防，死伤数百之众。金门防区司令胡琏因躲在地下指挥部而幸免于难，副司令吉星文、章杰、赵家骧均伤重殒命。

8月24日，解放军进行了第二次大规模炮击。同时，解放军海、空军也投入了战斗，重创国民党军“中海号”大型运输船，击沉前一天因受伤而正在修理的“台生”号货轮。

两次大规模的金门炮击，收到了预期的效果。

首先，沉重地打击了国民党的嚣张气焰。两次炮击，给金门地区造成严重封锁，岛上每天的物资补给只相当于炮击前的，国民党军处于极狼狈的状态。

其次，有力地支援了中东人民的反侵略斗争。在炮击行动准备期间，发生了伊拉克共和国成立、美英出兵中东的事件，使中东地区的局势骤然紧张。金门炮击，使美国总统艾森豪威尔竟在华盛顿三夜睡不着觉。因为从美方侦知的种种迹象看，都无法排除中共渡海作战的意向，炮击金门，很可能是进攻台湾的前奏。而蒋介石为了不从金、马后撤，一口咬定炮击金门是大陆向台湾进攻的组成部分，拼命渲染两者之间的联系。在艾森豪威尔看来，一旦中共真的对台湾实施攻击，现有驻台美军是不足以协助蒋军守卫的。于是，他下令，将在地中海游弋的美第6舰队的一半力量，调往台湾海峡，与第7舰队会合。又从美国本土和菲律宾，抽调部分舰只，使在台舰只达50艘，其中包括6艘航空母舰，3艘重巡洋舰。接着，美军第46巡逻航空队，第1海军陆战队和其他几批飞机，也调到台湾，美国第一批陆战队3800人，在台湾南部登陆。美国一些本来用于和准备投入中东的军事力量，也被吸引到了远东。

美国的注意力被转移到远东，远东局势趋向紧张，而中东的紧张局势得到缓解，使中东各国十分感谢中国。

再次，也收到了把金、马、台、澎连在一起，揭露和打击了美国蓄谋制造“台湾独立”的预期效果。

炮击金门之后，台湾当局立刻向美国提出“协防”要求。美国继续采取“捉迷藏”的政策，既不想对中国共产党示弱，又害怕真的与中国大陆甚至中苏作战，所以，一方面向台湾海峡调动第七舰队主力和地中海地第六舰队一部集结于台湾海峡，并派军舰对国民党金、马补给线护航，另一方面又对是否“协防”金、马拒绝明确表态。

同时，炮击金门，也使美蒋之间的关系发生了复杂的变化。据有资料介绍，金门守军伤亡惨重的消息报到蒋介石那里后，他先是长时间紧蹙眉头，过一会竟骤然舒展，并情不自禁地连声说:“好，好，好！”他身边的一些人见此，都觉得不可思议。这些人无论如何也不曾料到他们委座此时的心情，然而，作为其老对手的毛泽东，却早已料到了蒋介石想的是什么。

在金门炮击开始后的一天，毛泽东在闲聊时曾说:“向金门打炮，也不是为了解放金门，而是蒋介石希望我们打炮，这样他就有了借口，可以抵抗美国的压力。”毛泽东的话外之意，是从维护祖国领土完整的大义出发，帮老蒋一把。