Ante tal situación, los bolcheviques propugnaron la insurrección armada como única vía posible para derrocar al gobierno provisional y consolidar el poder de los soviets.
Por primera vez consiguieron que el soviet de Petrogrado, presidido por Trotski, y el de Moscú apoyasen sus planes. La insurrección quedó definitivamente fijada para el 25 de octubre (7 de noviembre en el calendario occidental) con el fin de hacerla coincidir con la apertura del Segundo Congreso de los Soviets de toda Rusia.
El levantamiento comenzó la noche del día 24 en Petrogrado bajo la dirección del comité militar revolucionario, que en pocas hora controló toda la ciudad y ocupó el Palacio de Invierno. Todos los miembros del gobierno, con excepción de Kerenski, que consiguió huir, fueron detenidos.
En la tarde del día 25, el Congreso de los Soviets destituyó al gobierno provisional y aprobó la formación del Consejo de Comisarios del Pueblo. Este, presidido por Lenin y formado en su mayoría por bolcheviques, se convirtió en el órgano representativo del primer gobierno obrero y campesino.
El Congreso adoptó con rapidez las primeras medidas revolucionarias:
- Se promulgó un decreto en el que se proponía a todos los pueblos y gobierno beligerantes que establecieran negociaciones inmediatas para alcanzar una paz justa y democrática.
- Una delegación rusa inició en Brest-Litovsk negociaciones con Alemania, cuyo resultado fue un tratado de paz que comportó unas pérdidas territoriales enormes para Rusia.
- Ucrania, Polonia, Finlandia, Letonia, Lituania, Estonia, Besarabia, Armenia y algunos enclaves del Cáucaso.
- Se firmó un decreto sobre la tierra confiscando las propiedades de la Corona, la nobleza y la Iglesia, que se entregaban a los soviets para ser repartidas entre los campesinos.
- Se estableció un decreto sobre las nacionalidades en el que se reconocía a los diferentes pueblos del Imperio, así como su derecho a la autodeterminación.
- Finalmente, se estableció el control obrero sobre las empresas de más de cinco trabajadores y se nacionalizó la banca.