L'insurrection éclate dans la nuit du 24 au 25 octobre. Le Comité militaire révolutionnaire dirigé par Trotsky et composé d’ouvriers armés, de soldats et de marins, la dirige depuis l'Institut Smolny, quartier général de Lénine et des bolcheviks. Ses objectifs sont l'occupation des points stratégiques de la ville, ponts, gares, poste centrale, central téléphonique et télégraphique, et en dernier lieu le Palais d'Hiver, siège du gouvernement provisoire.
Les évènements se déroulent presque sans effusion de sang. Le Central télégraphique est occupé vers 2 h du matin, suivi de l'Hôtel des Postes et de l'Hôtel militaire. Le Central téléphonique est occupé par Felix Dzerjinski vers 7 h. Le gouvernement a ordonné de lever les ponts sur la Neva pour couper le centre-ville des quartiers ouvriers : peine perdue, ils sont occupés sans un tir par les gardes rouges, et rabaissés. Dans la matinée du 25, Kerensky quitte Petrograd pour chercher des renforts, tandis qu'à 10 h, une proclamation de Lénine annonce la déposition du gouvernement provisoire6.
Le Palais d'Hiver, siège du gouvernement, défendu par un millier de soldats (dont un bataillon féminin), cède dans la nuit du 25 au 26 après un « assaut » confus (en fait une infiltration progressive, tandis que de nombreux défenseurs se sont progressivement retirés7) pendant lequel soldats et gardes rouges tirent en l'air, on dénombra six morts.
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