Masakra rozpoczęła się po zachodzie słońca po tym, jak plac został otoczony przez wozy opancerzone i czołgi. Wojsko otworzyło ogień, strzelano z ostrej amunicji i to nie tylko do demonstrantów, ale także do postronnych osób, takich jak przechodnie, którzy znaleźli się tam przypadkowo. Akcja toczyła się praktycznie przez całą noc, dochodziło także do przeszukiwania przyległych do placu domów. Rząd tłumaczył, iż powodem takiej reakcji miały być rzekome prowokacje ze strony uzbrojonych w karabiny demonstrantów.
Ocenia się, że w wyniku akcji policji i wojska mogło zginąć od 200 do 300 osób (źródła rządowe mówią o 35 osobach), inne źródła podają liczbę ofiar nawet w tysiącach. Dużo więcej osób zostało rannych i aresztowanych.
thumb|Armia meksykańska podczas protestów
Wpływ masakry na życie polityczne Masakra w Tlatelolco zradykalizowała wielu Meksykanów i zaburzała wizerunek Meksyku jako kraju demokratycznego. Represje wobec studentów nie ustały, a w 1971 roku doszło do kolejnych rozruchów studenckich. Wówczas wojsko zabiło 29 manifestantów. Represje skłoniły grupki opozycji młodzieżowej do zbrojnego oporu w ramach partyzantki. Ruch ten nie rozwinął się, jak w innych krajach regionu.