Nahezu von Beginn der Krise an begannen die US-Militärs mit der Formulierung von Plänen zur Befreiung der Geiseln, und Anfang April 1980 suchte die US-Regierung, die immer noch niemanden fand, mit dem sie sinnvoll verhandeln konnte, nach einer militärischen Option. Trotz der politischen Turbulenzen im Iran wurden die Geiseln immer noch von ihren ursprünglichen Entführern im Botschaftskomplex festgehalten. Am 24. April landete ein kleines US-Einsatzkommando in der Wüste südöstlich von Teherān. Von dort aus sollte eine Gruppe von Special-Operations-Soldaten per Hubschrauber zu einem zweiten Sammelpunkt vordringen, eine schnelle Razzia auf dem Botschaftsgelände durchführen und die Geiseln zu einer Landebahn bringen, die zuvor von einem zweiten Team von Soldaten gesichert werden sollte, die direkt von außerhalb des Irans dorthin fliegen sollten. Die Soldaten und Geiseln sollten sich dann auf dem Luftweg zurückziehen. Die Operation war jedoch von Anfang an mit Problemen behaftet. Zwei der acht Hubschrauber, die für die Operation geschickt wurden, fielen aus, bevor sie am ersten Aufenthaltsort ankamen, und ein weiterer brach vor Ort zusammen. Da die US-Streitkräfte ihre Mission nicht beenden konnten, versuchten sie, sich zurückzuziehen, wobei einer der verbleibenden Hubschrauber mit einem Unterstützungsflugzeug kollidierte. Acht US-Soldaten wurden getötet, und ihre zurückgelassenen Leichen wurden später vor iranischen Fernsehkameras zur Schau gestellt. Die Carter-Administration, gedemütigt durch die gescheiterte Mission und den Verlust von Menschenleben, wandte große Energie auf, um die Leichen in die Vereinigten Staaten zurückzubringen. Außenminister Cyrus Vance, der sich gegen die Mission ausgesprochen hatte, trat aus Protest zurück. Alle diplomatischen Initiativen in der Geiselkrise kamen zum Erliegen, und die Geiseln wurden in Isolationshaft an neuen, versteckten Orten untergebracht.
Bis Mai 1980 hatten die Vereinigten Staaten ihre engsten Verbündeten davon überzeugt, ein Wirtschaftsembargo gegen den Iran zu verhängen. Das Embargo allein reichte jedoch nicht aus, um die iranische Entschlossenheit zu schwächen; auch der Tod des Schahs am 27. Juli löste das Dilemma nicht. Zwei nachfolgende Ereignisse ließen jedoch eine Lösung der Krise wahrscheinlicher erscheinen. Erstens setzte der Iran Mitte August endlich eine neue Regierung ein, und die Carter-Administration bemühte sich sofort um diplomatische Annäherungsversuche. Zweitens marschierte der Irak am 22. September in den Iran ein. Obwohl der anschließende Iran-Irak-Krieg (1980-88) die iranischen Offiziellen kurzfristig von den Geiselverhandlungen ablenkte, zermürbte das Embargo weiterhin die iranische Wirtschaft und die Fähigkeit des Landes, sich gegen die irakischen Streitkräfte zu wehren. Als der iranische Ministerpräsident Mohammad Ali Rajaʾi im Oktober die Vereinten Nationen besuchte, machten ihm zahlreiche Staats- und Regierungschefs klar, dass der Iran im Irak-Konflikt keine Unterstützung erwarten könne, solange er die US-Geiseln festhielte.
Als Folge davon nahmen iranische Offizielle die Verhandlungen mit neuem Elan auf. Rajaʾi bestand jedoch darauf, dass es keine direkten Verhandlungen gab, und algerische Diplomaten fungierten während des gesamten weiteren Prozesses als Vermittler. Die Verhandlungen wurden Ende 1980 und Anfang 1981 fortgesetzt, wobei sich die iranischen Forderungen hauptsächlich auf die Freigabe eingefrorener iranischer Vermögenswerte und die Aufhebung des Handelsembargos konzentrierten. Nachdem eine Einigung erzielt worden war, wurden die Geiseln am 20. Januar 1981 freigelassen, wenige Minuten nach der Amtseinführung des neuen US-Präsidenten Ronald Reagan.