Okolo osmé hodiny ráno 16. března 1968 po patnáctiminutové dělostřelecké přípravě byli vojáci roty Charlie vysazení z vrtulníků v blízkosti vesnice My Lai 4. Následně rychle postoupili do vesnice, kde se nesetkali s odporem. Místo toho, aby osadu zajistil, kapitán Ernest Medina nejprve nařídil 1. a 2. četě, aby zaútočili na vesnici a 3. četě, aby zlikvidovala zbytky nepřátel. Velitel pěší čety William Calley na místě přikázal spustit na civilisty palbu. Tento rozkaz však někteří jeho vojáci neuposlechli. Další vojáci ale začali střílet a házet granáty po všech Vietnamcích, které zpozorovali. Mnohé civilisty povraždili na rýžových polích v okolí, na ulicích či přímo v domech. Mnoho obětí bylo před smrtí znásilněno nebo mučeno. Proti počínání svých vojáků Calleyho nadřízený kapitán Ernest Medina nijak nezasáhl, naopak sám se přidal k vraždění. Američtí vojáci vraždili ve vesnici více než dvě hodiny, dokud do situace nezasáhl Warrant Officer Hugh Thompson, jeden z pilotů průzkumných vrtulníků, které měly asistovat pěchotě. Ten si nejprve povšiml v okolí mnoha těl postřílených civilistů a rozhodl se prozkoumat situaci ve vesnici. Když pochopil, že pěšáci vraždí neozbrojené obyvatele, pokoušel se přivolat pomoc pro raněné, následně se snažil s pěšáky spojit pomocí rádia. Když viděl, že se pěšáci na zemi chystají zaútočit na skupinu civilistů ukrývajících se v jednom z bunkrů, přistál s vrtulníkem přímo před nimi a přikázal palubnímu střelci, aby nad jejich hlavami vystřelil několik varovných výstřelů. Dal tak pěšákům najevo, že pokud budou ve vraždění pokračovat, spustí na ně jeho střelci palbu. Americká armáda později z vesnice evakuovala 11 civilistů.