Ở Anh, "She Loves You" (được phát hành vào tháng 8) vẫn đang chiếm vị trí số 1 vào tháng 11 theo hiệu ứng truyền thông của The Beatles (sau này được đặt tên Beatlemania). Mark Lewisohn sau này viết: ""She Loves You" có lẽ đã bán được, theo một cách tuần hoàn của công nghiệp, tới tận 3/4 triệu bản trước khi những hiệu ứng khác giúp doanh thu đạt tới ngưỡng bảy con số. Vào lúc đó, chỉ vài tuần trước Giáng sinh, khi mà mọi người đều nghe nhạc với một nền công nghiệp vốn đang vươn tới cực đỉnh của sự hứng khởi không ngờ tới, thì bất ngờ EMI tung quả bom "I Want to Hold Your Hand". Và đó quả là một sự phấn khích tột độ."[17]

Ngày 29 tháng 11 năm 1963, EMI cho phát hành đĩa đơn "I Want to Hold Your Hand" ở Anh, với "This Boy" nằm ở mặt B. Có khá nhiều yêu cầu mua được gửi về, song đã có tới tận 1 triệu đơn đặt hàng trước khi đĩa đơn được phát hành. Khi đĩa đơn chính thức được phát hành, nó trở thành một hiện tượng. Chỉ 1 tuần sau khi xuất hiện ở bảng xếp hạng, nó đã đánh bật "She Loves You" vào ngày 14 tháng 12 để leo lên vị trí số 1 – đó cũng là lần đầu tiên trong lịch sử âm nhạc Anh, 2 ca khúc của cùng một nghệ sĩ cạnh tranh nhau ở vị trí số 1. "I Want to Hold Your Hand" còn ở đó suốt 5 tuần trong tổng cộng 15 tuần tồn tại trong bảng xếp hạng, rồi sau đó có một tuần quay trở lại bất ngờ vào ngày 16 tháng 5 năm 1964. Đó đang là đỉnh điểm của Beatlemania, và vào cùng thời điểm đó, The Beatles cũng lập kỷ lục khi cùng đứng ở vị trí quán quân trong cả hai bảng xếp hạng album và đĩa đơn ở Anh.

EMI và Brian Epstein cũng cùng thuyết phục được hãng đĩa tại Mỹ, Capitol Records, nhằm phát hành đĩa đơn tại đây với "I Want to Hold Your Hand" cùng "I Saw Her Standing There" ở mặt B vào ngày 26 tháng 12 năm 1963. Capitol ban đầu khá dè dặt với các sản phẩm của The Beatles tại Mỹ, cũng vì những thành công hạn chế từ những nhãn đĩa trước là Vee-Jay và Swan (nhánh của Parlophone tại Mỹ). Tuy nhiên lần này, Epstein đã đề nghị tới 40.000$ cho Capitol để phát hành đĩa đơn này (trong khi các chiến dịch quảng bá trước đó của The Beatles chưa bao giờ vượt quá ngưỡng 5.000$). Đĩa đơn cuối cùng cũng được ấn định phát hành vào giữa tháng 1 năm 1964, trong đó có yêu cầu The Beatles được xuất hiện sau đó ở chương trình The Ed Sullivan Show. Tuy nhiên, có một cô bé 14 tuổi có tên Marsha Albert lại sở hữu đĩa đơn này sớm hơn[18], và cô bé trình bày: "Đó không phải là những gì cháu thấy, mà đó là những gì cháu nghe được. Họ đã từng thu hình cho "She Loves You" và cháu nghĩ đó là một ca khúc hay... Cháu viết những dòng này vì cháu nghĩ The Beatles rất nổi tiếng ở đây, và nếu [DJ Carroll James] có thể phát một trong những ca khúc của họ, điều đó thật tuyệt."[19]

James là DJ của đài WWDC ở thủ đô Washington, DC. Ông thực sự quan tâm tới những lời của cô bé Albert và đề nghị giám đốc thực hiện một chuyến bay của hãng BOAC nhằm có được những bản copy của ca khúc "I Want to Hold Your Hand" từ Anh. Albert sau này giải thích: "Caroll James nói với tôi rằng ông ấy có được bản thu rồi và đề nghị "Nếu cháu có thể tới đây vào lúc 5 giờ, chúng tôi sẽ để cháu giới thiệu ca khúc này!"." Albert đã tới đúng giờ và giới thiệu ca khúc: "Thưa quý ông quý bà, lần đầu tiên trên sóng phát thanh nước Mỹ, đây là The Beatles với "I Want to Hold Your Hand"."[18]

Ca khúc trở thành một bản hit cực đại, một điều bất ngờ với chính đài phát thanh, và họ đột nhiên có được rất nhiều thính giả, những người lầm tưởng đó là một ca khúc của Andy Williams hoặc Bobby Vinton chơi nhạc rock 'n' roll. James vẫn thường phát đi phát lại ca khúc qua sóng phát thanh, đôi lúc vặn nhỏ ở đoạn giữa để nói "Chỉ có với Caroll James"[19], để đề phòng việc thu âm trộm từ các đài khác.

Capitol sau đó đã đề nghị cấm phát sóng "I Want to Hold Your Hand", vốn đã được James gửi tới 2 DJ khác ở Chicago và St. Louis. James và WWDC bỏ qua yêu cầu trên, và Capitol buộc phải tiến tới một giải pháp mang tính đối đầu hơn khi mang đĩa đơn này lên kệ sớm hơn 2 tuần so với dự kiến vào ngày 26 tháng 12 năm 1963.

Tuy nhiên, số lượng bày bán là không thỏa mãn nhu cầu mua. Chỉ trong 3 ngày đầu, tất cả 3/4 triệu bản đã được bán sạch (riêng ở New York, tới tận 10.000 bản được bán mỗi giờ). Cảm nhận thấy rõ sự quá tải, Capitol đã buộc phải ký gấp một hợp đồng hỗ trợ phát hành với Columbia và RCA. Ngày 18 tháng 1, ca khúc bắt đầu 15 tuần của mình trên bảng xếp hạng, và tới ngày 1 tháng 2, The Beatles đã trở thành quán quân ở Billboard Singles Chart[20], tiếp tục thành công của các nghệ sĩ Anh khi ca khúc "Telstar" của Tornado vốn đang đứng đầu Billboard 3 tuần suốt cả Giáng sinh và Năm mới 1962/63. The Beatles tổng cộng có 7 tuần ở vị trí số 1, nhường vị trí này cho một ca khúc khác của họ cũng đình đám ở Anh, "She Loves You". Chỉ riêng tại Mỹ, "I Want to Hold Your Hand" đã bán được tới 5 triệu bản[21]. Đây cũng là lần đầu tiên tại bảng xếp hạng Mỹ từ năm 1956 khi mà một nghệ sĩ có tới 2 ca khúc thay nhau chiếm vị trí quán quân[gc 1].

"I Want to Hold Your Hand" cũng đánh dấu sự khởi đầu của British Invasion. Trong suốt năm 1964, các nghệ sĩ Anh thay nhau dẫn đầu các bảng xếp hạng ở Mỹ, bao gồm cả The Dave Clark Five, The Rolling Stones, The Kinks, The Hollies và Herman's Hermits.

Ấn bản đĩa đơn ở Mỹ có phần bìa trước và sau chụp Lennon và McCartney với điếu thuốc. Năm 1984, Capitol Records đã phun tẩy điếu thuốc nhân dịp tái phát hành đĩa đơn này.

"I Want to Hold Your Hand" cũng nằm trong album tại Mỹ, Meet the Beatles! – album đã làm xáo trộn mạnh mẽ các bảng xếp hạng tại Mỹ mỗi khi có đĩa đơn được phát hành. Thực tế, thị trường Mỹ quan tâm nhiều hơn tới các đĩa đơn hơn là toàn bộ album: 3 tháng sau khi phát hành, album đã bán được 3,65 triệu bản, chỉ hơn có một chút so với con số 3,4 triệu bản được bán với riêng "I Want to Hold Your Hand"[22].

Ca khúc này cũng có mặt trong nhiều ấn bản khác, bao gồm The Beatles' Long Tall Sally (1964), A Collection of Beatles Oldies (1966), 1962–1966 (1973), 20 Greatest Hits (1982), và 1 (2000).