Angesichts der Erfahrungen im Osten und der Befürchtungen, daß Kämpfe in Warschau eine Zerstörung der Stadt und Verluste unter der Zivilbevölkerung bedeuten werden, zögerte man, ob die Aktion "Gewitter" auch auf die Hauptstadt ausgeweitet werden solle. Es überwog jedoch die Überzeugung, daß die Schlacht um Warschau nicht nur eine militärische Bedeutung habe, sondern auch eine politische; außerdem galt es die emotionale Anspannung zu berücksichtigen, die unter den Bewohnern der Hauptstadt herrschte und den starken Kampfwillen der Soldaten der Heimatarmee. Schließlich wurde am 31. Juli 1944 unter Beteiligung des Delegierten der Exilregierung und des Vorsitzenden des Rates  der Nationalen Einheit der Befehl zur Ausrufung des Warschauer Aufstandes erteilt, zu einem Zeitpunkt also als die Vorhut der Roten Armee sich dem am Ostufer der Weichsel gelegenen Stadtteil Praga näherte. Zu Beginn des Aufstandes, der am Nachmittag des 1. August 1944 ausbrach und unter dem Kommando von Oberst Antoni Chruściel (Pseudonym "Monter"), dem Kommandeur des Bezirks Warschau, stand, waren rund 23.000 Soldaten der Heimatarmee, von denen jedoch nur ein Teil bewaffnet war, in Aktion. Obwohl die Aufständischen in den ersten Tagen strategisch wichtige Objekte eingenommen haben und im Laufe der Zeit ihre Anzahl stieg (insgesamt kämpften rund 34.000 Soldaten), gelang es nicht, die Deutschen vollständig aus dem Stadtzentrum zu verdrängen sowie die wichtigsten Straßenzüge und Brücken zu erobern. Die 16.000 Mann zählende deutsche Garnison wurde erheblich verstärkt (u.a. durch Einheiten, die zum Kampf mit Partisanen bestimmt waren). Am 5. August eröffneten die Deutschen den Gegenangriff unter Verwendung von Panzern, schwerer Artillerie und Luftwaffe. Im ersten der eroberten Stadtteile (Wola) kam es zu einem Massaker unter der Zivilbevölkerung, was sich im Verlauf des Aufstandes noch mehrmals wiederholte. Die angreifenden deutschen Truppen teilten Warschau in „aufständische Inseln" auf, unter denen der Kontakt über Kellerdurchgänge und die Abwasserkanäle aufrechterhalten wurde. In den von den Aufständischen beherrschten Gebieten installierte sich eine polnische Verwaltung, erschienen Zeitungen, sendete der Rundfunksender "Blitz" ("Blyskawica") und funktionierten städtische Dienste.
Man rechnete damit, daß die Kämpfe einige Tage dauern werden, d.h. bis zum Anrücken der Roten Armee. Aber Stalin hat - trotz der Appelle u.a. des Premierministers der polnischen Exilregierung, der seit dem 31. Juli zu Verhandlungen in Moskau weilte - noch vor dem 8. August befohlen, die Kampfhandlungen in der Region Warschau einzustellen. Er lehnte sogar die Gewährung von Landungsrechten für alliierte Transportflugzeuge auf sowjetischen Flugplätzen ab, was praktisch eine Hilfe aus der Luft unmöglich machte, da sich die nächstgelegenen Stützpunkte in Süditalien und England befanden. Erst Mitte September, als sich bereits die Niederlage abzeichnete, war ein größerer Abwurf möglich, von dem aber nur rund 47 Tonnen an Versorgungsgütern in die Hände der Aufständischen fiel. Die Kämpfe zogen sich in die Länge, es stieg die Zahl der Opfer unter der Zivilbevölkerung, es fehlte an Lebensmitteln, Medikamenten und Wasser. An dieser Situation änderte weder die letztendliche Einnahme des Stadtteils Praga durch die Rote Armee, noch die - mißlungenen - Versuche der von General Berling befehligten  und an der Seite der Sowjets kämpfenden polnischen Armee, Brückenköpfe in Warschau einzunehmen. Am 2. Oktober 1944 haben die Aufständischen kapituliert. Von der Zivilbevölkerung fanden rund 150.000 Menschen den Tod, der größte Teil der Stadt war  zerstört (später haben deutsche Sondereinsatzkommandos die noch stehen gebliebenen Häuser gesprengt), ungefähr 520.000 Bewohner wurden aus der Stadt vertrieben. 17.000 Aufständische gerieten in Gefangenschaft.

Der Warschauer Aufstand war der größte Kampf, den die polnische Armee während des II. Weltkrieges durchgefochten hat: 10.000 Aufständische sind gefallen und 7.000 blieben verschollen; auf der deutschen Seite waren die Verluste erheblich - rund 10.000 Soldaten sind ums Leben gekommen und ca 6.000 sind verschollen, die deutschen Streitkräfte verloren 300 Panzer, Geschütze und gepanzerte Fahrzeuge. Durch den Aufstand sind weder die militärischen noch die politischen Ziele erreicht worden, aber er wurde für die nachfolgenden Generationen von Polen zu einem Symbol der Tapferkeit und Entschlossenheit im Kampf um die Unabhängigkeit.