Ленин считал, что в России имеются все условия для победы новой революции. 10 октября состоялось заседание ЦК РСДРП (б), на котором он указал, что обстановка, как никогда, благоприятная для вооруженного выступления. 16 октября на расширенном заседании ЦК РСДРП (б), представителей Советов, профсоюзов было одобрено решение ЦК РСДРП (б) о подготовке к вооруженному восстанию. При Петроградском Совете был создан Военно-революционный комитет, выполнявший роль штаба по подготовке к восстанию.
Поздно вечером 24 октября Ленин прибыл в Смольный, где возглавил общую подготовку восстания. К утру 25 октября все главные учреждения города оказались захваченными большевиками. Лишь Зимний дворец, Главный штаб и Мариинский дворец оставались под контролем Временного правительства. Поняв, что с имеющимися силами невозможно удержать власть в столице, Керенский решил привести в Петроград войска с Северного фронта. Он выехал из Зимнего дворца на машине американского посольства. Резиденция правительства оставалась слабо защищенной немногочисленными отрядами юнкеров и женских батальонов.
Утром 25 октября Военно-революционный комитет выпустил написанное Лениным воззвание «К гражданам России!», в котором объявил о низложении Временного правительства и о переходе государственной власти к Военно-революционному комитету. Около 10 часов вечера отряды красногвардейцев проникли в Зимний дворец и арестовали членов Временного правительства.
В отличие от Петрограда в Москве переворот произошел иным путем. Так же, как и в Петрограде, в течение суток 26 октября революционные силы сумели захватить большую часть государственных учреждений, в том числе и Кремль. Однако к утру 28 октября юнкера овладели центром Москвы, заняли Кремль и ряд государственных учреждений. Лишь после нескольких дней кровопролитных боев власть в городе перешла к Совету.
Попытка Керенского организовать наступление на Петроград не увенчалась успехом. В ходе так называемого триумфального шествия советской власти по России в продолжение зимы - весны 1918 г. большевики пришли к власти почти повсеместно. Силы сопротивления были деморализованы внезапным переворотом.