החלטה לפרוץ את הדרך לירושלים נטלה בחובה סיכון משמעותי ביותר מאחר והוחלט על ריכוז מאמץ בחזית צרה לצורך השגת הכרעה, תוך קיזוז כוחות ניכרים מחזיתות אחרות וחשיפתן לסיכונים.
מבצע נחשון היווה נקודת מפנה במלחמה: לראשונה היה ללחימה אופי צבאי בכך שהוגדר סדר-קדימויות ורוכז מאמץ בנקודת הכובד. היה זה מבחן ליכולת השליטה של פיקוד ה"הגנה" ברמת הגדוד, החטיבה ומטה המבצעים. זו היתה גם הפעם הראשונה שכוחות ה"הגנה" קיבלו פקודה להשתלט על שטח ערבי ולהחזיק בו. כשתוכנן המבצע עוד לא הושלמה בניית החטיבות וטרם הגיע הנשק מצ'כיה שבלעדיו אי אפשר היה להפעיל את הכוחות. ב"הגנה" חששו גם שהופעה גלויה עם כוח בסדר גודל כזה תגרור תגובה בריטית. היציאה לשדה לפעולה ממושכת בחנה לראשונה את היכולת המינהלית של ה"הגנה" ואת יכולתם של החיילים להסתגל לשיגרה צבאית בתנאי שדה.
לעומת זאת, לא חלו שינויים באופן הלחימה של הערבים ולכן יכולת העמידה שלהם קרסה.
מבצע נחשון בפיקודו של שמעון אבידן, מפקד חטיבת גבעתי, החל בליל 3-2 באפריל, עם כיבוש הקסטל בידי הפלמ"ח. הוא נקרא על שם נחום שושני, מפקד בפלמ"ח שנפל בקרב קודם ליד הקסטל בסביבות מחצבות צובה. אחר-כך, בליל 5-4 באפריל, פשט כוח של גבעתי על מיפקדתו של חסן סלאמה ליד צריפין ופוצץ את הבניין על יושביו. סלאמה לא היה במקום, אולם מספר הנפגעים היה רב, כ-30 הרוגים. תדהמה ואבל כבד ירדו על לוד, רמלה וכפרי הסביבה. לאחר הפשיטה העביר סלאמה את מטהו ליהודיה. פעולה זו נועדה למוטט את הכוח הפלסטיני בגיזרה המערבית של נחשון בעוד שהכיבוש בקסטל נועד לחסל את הכוח הפלסטיני ממזרח לנחשון.
מטרתו של המבצע היתה להשתלט על הכפרים הערביים החולשים על הדרך בקטע שבין חולדה לקריית ענבים, ולאבטח את התנועה בציר באמצעות חסימת דרכי הגישה מן הכפרים הערביים המרוחקים יותר, על מנת להעביר לירושלים שיירות אספקה ותגבורת.
במהלך המבצע השתלט הגדוד הראשון של כוח המשימה על חולדה הערבית ודיר מוחסין. הגדוד השני השתלט על התוואים השולטים על שער הגיא. מיד לאחר פריצת הדרך יצאה שיירה של 60 מכוניות מחולדה לירושלים. ביומיים שלאחר-מכן נהדפו התקפות-הנגד על אזור הכפר דיר-מוחסין בגזרה המערבית של המבצע.