就在5月16日光州学生结束游行示威的第二天，即5月17日，全斗焕集团完全不顾学生运动已经平息下来的现状，召开了戒严司令部全军主要指挥官会议，在这个会议上，决定向总统建议，全国扩大紧急戒严，各学校停课，解散国会，设置国家紧急对策委员会。崔圭夏总统在军方的胁迫下于5月18日凌晨零点下达了全国紧急戒严令，而军方则在17日夜晚就开始行动，拘捕学生代表，进而拘捕了数百名反对党人士，包括金大中等26名重要政治人物。光州自然也在戒严的范围之内，18日凌晨零点前后，光州各大学被戒严军占领，数十名学生领袖被逮捕。
军方的戒严行动在韩国各地迅速控制了局面，但唯独在光州遇到了激烈的挑战。5月18日上午约9点，学生在全南大学正门前自发地举行示威，抗议军方的戒严行动。起初，参加示威的学生只有一百余名，后来扩大到二三百名，到下午约1点就被警察不费力地驱散了。如果这个时候，军方稍有克制的态度，后来震惊世界的光州事件就绝不会发生。但是，军方并没有克制，相反，它开始了有计划的镇压行动。当天下午4点，第7空降部队向道政府方向前进，途中和市民发生冲突，士兵以暴力手段肆意殴打反抗者；至晚上，冲突加剧，数百名学生和市民用石块反击戒严军，事态已经开始失控。
5月19日，军人和警察在全市范围内进行森严的警备，造成恐怖气氛，全市人心动摇，商店大部分罢市，工人停工，市民纷纷走上街头。上午10点，在锦南路，聚集了数千人自发地同军警对峙。为了驱散这些人，军警先发射催泪弹，在无效的情况下，士兵用棍棒和刺刀为武器，野蛮镇压示威者，再次造成大规模流血。这极大地激起了光州市民的愤怒，引发他们更加激烈的反抗。此时，光州的抗争运动已从学生为中心转向了以市民为中心，光州整个城市都被动员起来，形成了和戒严军的对决局面。
从5月20日开始，形势急剧恶化，从大事记上看，每天每时每分，市民和军警的冲突程度都在不可控制地持续升级，市民参与抗争的人数已从数千人上升到数万人，市民不再是一打就散，而是形成了和军警的攻防对抗，人群如潮水般地在街头上涌来涌去，迫使戒严军向后退却。当天晚上，KBS电视大楼被愤怒的人群点火燃烧，市民以此抗议它只发出政府的声音。至晚上11点，光州火车站突然响起了枪声，这是光州事件中戒严军第一次开枪，打死了两个市民，由此使事件转向了全面的武力对抗。21日上午10点，街头上抗议的群众已超过十万人，他们手持棍棒石块，严阵以待。戒严军司令官李熹性发表“光州事态讲话”，他把光州事态定性为政府反对派和北韩间谍操纵的破坏国家的行为，强调戒严军的自卫权以暗示将用开枪的方式来平息事态。当天下午1点，戒严军在锦南路一带对示威群众大开杀戒，瞬间死伤就达数百人。对于这次引发极其严重后果的开枪行为，事后在调查中，居然找不到直接下令者，至今依旧还是一个悬案。
面对戒严军残酷无情的镇压，光州市民组成了“市民军”，用各种方式寻找武器，以暴抗暴，和戒严军进行巷战，并于当天晚上8点占领了道政府，把戒严军从城区驱逐出去。随后，由神父、牧师、律师、教授和政治人等20余人成立了“收拾对策委员会”，行使对城区的自治管理和领导对戒严军的抵抗与谈判。但是，在如何对待政府处理光州事件的问题上，对策委员会内部出现了重大分歧，出现了强硬派和稳健派，最后是强硬派取得了主导权，他们要求对光州事件作出公正评价，为死难者举行市民葬，释放被捕的学生，对受害者进行必要的赔偿。这些现在看来完全合理正当的要求，却根本不能被当时的军人统治集团所接受，在他们眼里，光州事件就是一场叛乱，必须无条件的予以镇压。
5月27日，戒严军在做了充分准备之后，于凌晨1点对光州城区发起“尚武忠正作战”，共投入了三个空降旅团，两个陆军师团，以及步兵学校、炮兵学校和机甲学校的士官生，至早上5点，戒严军即完成全部战斗任务，重新占领了光州城区。至此，光州“五一八民主化运动”在晨曦中划下了最后的句号。
