16h ngày 9/10, những tên lính Pháp rút khỏi cầu Long Biên sang phía Gia Lâm. Nhiệm vụ tiếp quản Thủ đô được giao cho Đại đoàn 308, trong đó có Trung đoàn Thủ đô (Trung đoàn 102) từng ra đời ở Liên khu I và lập nhiều chiến công oanh liệt.
Sáng ngày 10/10, Ủy ban Quân chính thành phố và Đại đoàn 308 từ các cửa ô mở cuộc hành quân lịch sử tiến vào nội thành theo hai hướng, hợp nhau tại Trung tâm Thủ đô là bên bờ Hoàn Kiếm. Trung đoàn Thủ đô vinh dự gương cao lá cờ "Quyết chiến quyết thắng" dẫn đầu đoàn quân chiến thắng trong tiếng nhạc và cờ, hoa và tình cảm của 20 vạn nhân dân Thủ đô.
Đúng 15h cùng ngày, Ủy ban Quân Chính thành phố Hà Nội và đại đoàn 308, công an Bắc Bộ, công an xung phong, cảnh sát xung phong, trật tự và hàng vạn người dân Hà Nội đã mít tinh và duyệt binh long trọng tại sân vận động nơi có cột cờ Thăng Long – Hà Nội.