毛澤東在和赫魯曉夫會談期間，隻字未提炮擊金門的計劃。不過，赫魯曉夫秘密訪華，引起了美國的種種猜測。8月6日，美國總統艾森豪威爾得到確切情報，中共想對沿海島嶼再次發起攻擊。他很自然地把這一情況同赫魯曉夫秘密訪華聯係在一起。也正在這一天，台灣當局宣布，台澎金馬進入緊急備戰狀態。台灣海峽的緊張局勢大有一觸即發之勢。
在這種情況下，美國決定采取“戰爭邊緣”政策，企圖用恐嚇的辦法迫使中國政府改變炮擊金門的決心。8月8日和22日，美國國務院兩次召開會議，研究台灣海峽局勢，作出三項決定：一、增派航空母艦和戰鬥機，向台灣提供登陸艇、響尾蛇導彈、火炮和軍需。這是“武”的一手。二、通過杜勒斯複函美國眾議院外委會主席摩根，向中國施壓。這是“文”的一手。三、授權駐台大使對美台《共同防禦條約》的換文加以“澄清”，如中國大舉進攻外島，可以進行報複，但小型攻擊不在其列。
然而，外交恐嚇也好，“戰爭邊緣”政策也罷，都不可能動搖毛澤東發起炮擊金門的決心。8月17日至30日，毛澤東在北戴河主持召開中央政治局擴大會議。在這期間，作出炮擊金門的最後決定。
8月20日下午，毛澤東在北戴河住處召集周恩來、鄧小平、林彪、黃克誠、葉飛、蕭勁光、陳錫聯、王秉璋、王尚榮、陶勇開會，具體部署炮擊金門作戰。毛澤東決定，暫時不打馬祖，集中火力炮擊金門。當時調入福建前線參戰的陸海空部隊，共有四百五十九門大炮、八十多艘艦艇和二百多架飛機。一聲令下，各路部隊在8月21日晚全部進入陣地或指定位置。
8月21日下午十五時許，毛澤東約集彭德懷、林彪、葉飛、王尚榮等人到自己的住所，研究炮擊金門的一些問題。地圖是攤在地毯上的。毛澤東認真聽完葉飛等人的彙報，提出這麼一個問題：“你們用這麼多的炮打，會不會把美國人打死啊？”那個時候，國民黨軍中的美國顧問一直配備到營一級。葉飛說：“那是打得到的。”毛澤東又考慮了十多分鍾，沒有說話。後來又問：“能不能避免不打到美國人？”葉飛說：“避免不了。”毛澤東聽後，不再問其他問題，也不作指示，宣布休息。
第二天，8月22日，繼續開會。毛澤東說：“那好，照計劃打。”
蔣介石請求美國軍艦護航。毛澤東下令：“隻準打蔣艦，不準打美艦。”“如果美艦開炮，不準還炮。”我軍炮聲一響，美艦不但沒有還擊，反而掉轉頭就跑，大出洋相。毛澤東摸到了美國人的底，表麵上氣勢洶洶，原來是隻紙老虎，一打起來就跑。
8月23日下午十七時三十分，炮擊金門作戰正式開始。大規模的炮擊持續了兩個多小時，發射炮彈近三萬發，擊斃擊傷國民黨軍中將以下官兵六百餘人，兩名美軍顧問也在炮擊中喪生。島上的大批軍用設施被摧毀，通信係統被嚴重破壞。第二天，又進行了炮兵和海軍的聯合打擊，重創國民黨軍“中海”號大型運輸艦，擊沉由大型坦克登陸艦改裝的“台生”號貨輪。
這兩次打擊，對金門地區形成了嚴密封鎖，金門島的軍需補給隻相當於炮擊前的百分之五點五。儲存在金門地區的軍需物資，隻能維持三十天。國民黨守軍情緒低落。隨後幾天的炮擊，鞏固了“萬炮轟金門”的戰果，基本上實現了對金門的封鎖。美國急忙調太平洋第七艦隊主力和第六艦隊一部前往台灣海峽。
8月23日晚，中共中央政治局常委會召開，毛澤東說：“美國人在中東燒了一把火，我們在遠東燒一把火，看他怎麼辦。我們的要求是美軍從台灣撤退，蔣軍從金門、馬祖撤退。你不撤我就打。台灣太遠打不到，我就打金、馬。這肯定會引起國際震動，不僅美國人震動，亞洲人震動，歐洲人也震動。”
8月25日下午，毛澤東在北戴河海灘遊泳場的休息室召開政治局常委會。他剛遊完泳，身上還穿著睡衣。他推測：“從這幾天的反應看，美國人很怕我們不僅要登陸金門、馬祖，而且準備解放台灣。其實，我們向金門打了幾萬發炮彈，是火力偵察。我們不說一定登陸金門，也不說不登陸。我們相機行事，慎之又慎，三思而行。因為登陸金門不是一件小事，而是關係重大。問題不在於那裏有九萬五千蔣軍，這個好辦，而在於美國政府的態度。打炮的主要目的不是要偵察蔣軍的防禦，而是偵察美國人的決心，考驗美國人的決心。”