Przygotowania do powstania rozpoczęły się wcześniej. 21 lipca 1944 roku generał Tadeusz Komorowski „Bór” podjął decyzję o powstaniu, zaakceptowaną w kilka dni później przez delegata Rządu RP na Kraj Jana Stanisława Jankowskiego „Sobola”. Rozkaz wydany został przez generała Antoniego Chruściela „Montera” 31 lipca 1944 roku o godzinie 19:00. Zaraz po tym został rozwieziony przez łączników i łączniczki do dowódców wszystkich obwodów. W ramach organizacyjnych miasto wraz z powiatem stanowiło Okręg Warszawa, podzielony na siedem obwodów i VIII Samodzielny Rejon Okęcie. Żoliborz znalazł się na drugim miejscu po Śródmieściu jako Obwód II. Obwód ten podzielony został na cztery rejony: I- (centrum dzielnicy) Żoliborz, II- Marymont, III- Bielany i IV- Powązki (uformowany organizacyjnie najpóźniej). Ze względów organizacyjnych kryptonimy w całym Obwodzie zaczynały się od pierwszej litery nazwy dzielnicy- „Ż”, a numery wszystkich związków zawarte zostały w liczbie „200”. W każdym z rejonów zostały skoncentrowane zgrupowania bojowe, które zostały uformowane z ilości i specjalności plutonów odpowiednich dla zamierzeń i potrzeb danego rejonu. Dowódcą Obwodu został ppłk Mieczysław Niedzielski „Żywiciel”, a dowódcami rejonów: I- kpt. Marian Kamiński „Żaglowiec”, II- rtm. Adam Rzeszotarski „Żmija”, III- mjr Władysław Nowakowski „Żubr” a IV- kpt. Kazimierz Nowacki „Żyrafa”. W skład Obwodu weszły także kompanie „Żniwiarz” (dowodzona przez por. Mieczysława Morawskiego) i „Żbik”, której przewodził kpt. Witold Plechowski.

Pierwszymi zadaniami powstańców było zapewnienie łączności ze Śródmieściem i Kampinosem oraz otwarcie połączeń z tymi obwodami poprzez zdobycie Dworca Gdańskiego i szlaku kolejowego, CIWF-u, lotniska bielańskiego i Szkoły Gazowej na Marymoncie. Celem ataków były także niemieckie punkty oporu- Cytadela oraz Forty Traugutta i Legionów. Planowano także opanowanie Instytutu Chemicznego, Fortu Bema i baterii armat na Burakowie. Przez cały okres powstania głównym problemem był brak łączności. Brakowało jej nie tylko pomiędzy szczególnymi obwodami ale również pomiędzy lokalnymi oddziałami. Ciężar kontaktów padł na ramiona łączników, przede wszystkim kobiet i dzieci. Kiedy przeprawa pomiędzy dzielnicami stawała się niemożliwa schodzili oni do „podziemia”, poruszając się kanałami. Zadania obwodu były rozległe terytorialnie i wyjątkowo trudne, luźny charakter zabudowy i obrzeżne usytuowanie punktów niemieckich umożliwiało stawienie oporu wszystkim próbom ataku powstańczego przy użyciu tylko broni maszynowej i artylerii znajdującej się na terenie dzielnicy. Rozległe otwarte przestrzenie eliminowały zaskoczenie nieprzyjaciela w ciągu dnia, wymagały użycia niedostępnej dla powstańców broni długiej: karabinów maszynowych, działek przeciwpancernych i moździerzy. A uzbrojonych (w jakąkolwiek broń) było tylko ok. 10% z 50 tysięcy żołnierzy podziemia, broniących całej Warszawy. Z tego powodu planowane zadania się nie powiodły, a kalkulowane na 2-3 dni powstanie zamieniło się w 63 dniową gehennę.

Niepowodzenia pierwszego dnia walk przesądziły o dalszych losach powstania. Prysła nadzieja na uzupełnienie uzbrojenia drogą zdobyczy na wrogu lub pochodzącą ze zrzutów lotniczych. Oddziałom „Żaglowca” nie udało się zdobyć Cytadeli, fortów i Dworca Gdańskiego. Plutony „Żyrafy” zatrzymane zostały w marszu na Fort Bema. Również odziały „Żubra” nie opanowały CIWF. Nie udało się natarcie kompanii „Żniwiarz” na Buraków, a zgrupowanie „Żmija” zostało rozproszone w toku koncentracji. Stad też w późnych godzinach wieczornych ppłk „Żywiciel” wydaje rozkaz o wycofaniu się wszystkich oddziałów do Puszczy Kampinoskiej. Na terenie Żoliborza pozostały tylko niewielkie grupy powstańcze zgrupowania „Żmija”. 2 sierpnia późnym wieczorem do stacjonujących w okolicach Sierakowa oddziałów dociera łączniczka od płk „Montera” z rozkazem natychmiastowego powrotu na Żoliborz. Nad ranem 3 sierpnia oddziały powróciły na obrzeża Żoliborza, osłabione całodziennymi walkami w okolicach kolonii Zdobyczy Robotniczej dotarły do ul. Marymonckiej. 4 sierpnia nawiązano kontakt z jednostką „Żmii”, a także zdobyto pl. Inwalidów i teren ulic Mickiewicza i Krasińskiego oraz cały centralny rejon Żoliborza. Front ustabilizowany w tym czasie (okolony ulicami: Gen. Zajączka, Stołeczną, Marymoncką, Kaniowską) utrzymywał się przez dłuższy czas. W następnych dniach powstania ani strona niemiecka, ani siły polskie nie prowadziły znaczących działań. Trwały jedynie aktywne starcia patroli, które nie zmieniały sytuacji dzielnicy.

Zgrupowania „Żywiciela” zostały wzmocnione przez oddziały grupy „Kampinos”: batalion por. Witolda Pełczyńskiego „Witolda” (który dotarł 16 sierpnia) i mjr Alfonsa Kotowskiego „Okonia” (20 sierpnia). Wzmocniony dobrze uzbrojonymi siłami ppłk „Żywiciel” podjął decyzję, aby w nocy z 20/21 sierpnia wraz z powstańcami ze Starego Miasta (oddziałem kpt. Zbigniewa Ścibor- Rylskiego ps. „Motyl” i kompanią por. Stefana Kowalskiego ps. „Jaroń”) podjąć próbę zdobycia Dworca Gdańskiego. Próba nie powiodła się – po stronie żoliborskiej niektóre kompanie straciły aż 80% żołnierzy, walczący od strony Muranowa po poniesieniu znacznych strat wycofali się z walki. O porażce przesądziło puste przedpole pomiędzy torami a ul. Gen. Zajączka jak również błędy organizacyjne i niezorientowanie leśnych żołnierzy w nieznanym terenie.Ostatnia próba przebicia niemieckiej zapory miła miejsce następnej nocy- 21/22 sierpnia. Tak jak poprzednio Niemców nie udało się zaskoczyć, bohaterskie uderzenia powstańcze załamywały się.

Przez kolejne 3 tygodnie działania niemieckie skoncentrowały się głównie w rejonie Starego Miasta. Zgrupowania żoliborskie skupiły się w tym czasie na kontynuowaniu prac fortyfikacyjnych, reorganizacji oddziałów i wcielaniu ochotników. W tym czasie walki toczyli żołnierze „Żniwiarza” o utrzymanie łączności z Kampinosem. Łączność ta została ostatecznie przerwana 30 sierpnia.Z 26 na 27 sierpnia powstańcy zdobyli CIWF- w ich rękach był już cały Marymont. Dolny Marymont i dolny Żoliborz obsadzony był przez zgrupowanie „Żmija”, od ul. Krasińskiego do Dworca Gdańskiego tereny opanowane były przez żołnierzy „Żaglowca”, al. Wojska Polskiego do ul. Wyspiańskiego- „Żyrafy” a od ul. Stołecznej do Włościańskiej teren kontrolowany był przez zgrupowanie „Żbik”.

Stabilność frontu zmieniła się dopiero w drugiej połowie września, kiedy na prawym brzegu Wisły rozpoczęły się działania Armii Czerwonej. 14 września, po opanowaniu całej Pragi przez wojska sowieckie i polskie, Niemcy postanowili jak najszybciej opanować Marymont, aby odciąć Żoliborz od Wisły. Od 14 do 16 września szło niemieckie natarcie. Frontu broniły zgrupowania „Żubr” i „Żmija”, które jednak wycofały się na linię ul. Potockiej i Bieniewickiej. Fabryki „Opla” i Hali Targowej broniły plutony zgrupowania „Żniwiarz”. Natarcia prowadzone były także od ul. Krasińskiego, poprzez rejon Bohomolca i Promyka. Tam z odsieczą przybyli żołnierze „Żbika”. Pomimo oporu i waleczności strony polskiej przeciwnikowi udało się opanować cały Marymont wraz z pobrzeżem wiślanym, co połączyło siły zgromadzone w Lasku Bielańskim z Cytadelą.

17 września została złożona propozycja kapitulacji przez gen. von dem Bacha, nie przyjęta przez ppłk „Żywiciela”. 20 września z rozkazu gen. Bora-Komorowskiego nastąpiło przeformowanie oddziałów powstańczych w Warszawski Korpus Armii Krajowej. Na terenie Żoliborza utworzono 8. Dywizję Piechoty AK im. R. Traugutta, a w jej skład weszły: 13. pułk piechoty (złożony z oddziałów walczących w Puszczy Kampinoskiej), 21. pułk piechoty im. „Dzieci Warszawy” i 32. pułk piechoty złożony z oddziałów obwodu żoliborskiego.

Tego dnia do sztabu obwodu dotarli łącznicy z II batalionu 6. pułku piechoty WP, którzy przedostali się przez Wisłę z Pragi. Oddziały „Żywiciela” wyruszyły z natarciem, żeby połączyć się z przybyłymi zza Wisły żołnierzami. Udało im się opanować cały dolny Żoliborz, jednak do połączenia z żołnierzami zabrakło 800 m. 21 września do ataku ruszyła niemiecka 25. dywizja pancerna ulokowana przy ul. Potockiej i Drohickiej, resztki sił polskich zostały odrzucone na brzeg Wisły, a nocą ewakuowane na prawy brzeg.

Po reorganizacji niemieckiej armii 28 września rozpoczął się ostateczny bój o dzielnicę. Decydujący szturm zapoczątkował silny ostrzał artylerii i moździerzy, wsparty bombardowaniem z powietrza. 29 września rozpoczęło się natarcie z kilku punktów: od Dworca Gdańskiego w głąb ul. Mickiewicza, od Powązek w al. Wojska Polskiego, z Instytutu Chemicznego wzdłuż ul. Krasińskiego, a z Burakowa w kierunku ul. Słowackiego. W ogniu wybuchów trwała broniona przez zgrupowanie „Żyrafa” twierdza klasztoru Zmartwychwstanek i rejon ul. Słowackiego. Wzniecone pożary i silny ogień broni maszynowej uniemożliwiały obronę. 30 września rozpoczęło się kolejne niemieckie natarcie. Podjęto decyzję o przeprawie oddziałów na prawy brzeg Wisły. Początkowo planowana była na godz. 11:00, później jednak ze względu na walki i niemożność dotarcia oddziałów przesunięto czas na 19:00. Do przeprawy w końcu nie doszło. O godz. 18:00 przybyła przywieziona przez Niemców delegacja dowódców powstania z rozkazem gen. Tadeusza Bora-Komorowskiego o poddaniu Żoliborza. Aby uniknąć masakry ludności cywilnej dowództwo zadecydowało o kapitulacji.

Powstanie na Żoliborzu zakończyło się 30 września 1944 roku o godzinie 18:30.

Powstanie nie ograniczało się tylko do działalności zbrojnej. Swój wkład w walkę, nie bezpośredni, miała także ludność cywilna. Siostry zakonne prowadziły przez długi czas w klasztorze Zmartwychwstanek szpital polowy. Kobiety prowadziły kuchnie powstańcze, prały i łatały odzież walczących. Budowanie i umacnianie barykad również dokonywane było rękami zwykłych ludzi. Niestety, oni także ginęli, bez karabinów w rękach. Śmierć przynosiły im bombardowania, ostrzeliwania prowadzone przez wojska niemieckie, jak również egzekucje uliczne.