Ленин считал, что в России имеются все условия для победы социалистической революции. 10 (23) октября 1917 г. состоялось заседание ЦК РСДРП(б), на котором он указал, что обстановка как никогда благоприятна для вооруженного выступления. 16 октября на расширенном заседании ЦК РСДРП(б), представителей Советов и профсоюзов было одобрено решение ЦК РСДРП(б) о подготовке к вооруженному восстанию. При Петроградском Совете был создан Военно-революционный комитет (ВРК), выполнявший роль штаба восстания.
Вооруженное восстание началось 24 октября (6 ноября). К утру 25 октября все главные учреждения города оказались захваченными большевиками. Лишь Зимний дворец оставался под контролем Временного правительства. Поняв, что с имеющимися силами власть в столице удержать невозможно, Керенский выехал на машине американского посольства за войсками на Северный фронт. Резиденция правительства оставалась под защитой юнкеров и женских батальонов.
25 октября Военно-революционный комитет выпустил написанное Лениным воззвание «К гражданам России!», в котором объявил о низложении Временного правительства и переходе государственной власти к ВРК. Около 10 часов вечера отряды красногвардейцев проникли в Зимний дворец и арестовали членов Временного правительства. Попытка Керенского организовать наступление на Петроград провалилась.
В Москве 26 октября революционные силы сумели захватить большую часть государственных учреждений, в том числе Кремль. Однако к утру 28 октября юнкера овладели центром Москвы, отбили Кремль и ряд других ключевых точек. Потребовалось несколько дней кровопролитных боев, чтобы власть в городе перешла к Московскому Совету.
В ходе так называемого триумфального шествия советской власти по России в продолжение зимы — весны 1918 г. большевики пришли к власти почти повсеместно.