十月革命爆发之前，为了便于领导革命，列宁在1917年10月20日秘密回到彼得格勒。10月23日，俄共中央举行了具有历史意义的会议。在会上，许多人仍不准备最后决战，因为他们担心，即使他们能推翻临时政府，也不可能维持政权。列宁对此回答说，24万布尔什维克党员完全有能力统治俄国，为穷人的利益反对富人，正如过去13万地主统治俄国，为富人的利益对付穷人一样。最后，大会通过了列宁提出的关于武装起义的决议。起义时间定在11月7日，决议指出：“武装起义是不可避免的，并且起义的条件业已完全成熟。”武装起义作为党的直接实践任务被提到日程上来了。
10月25日，彼得格勒苏维埃执行委员会根据俄共中央的决定，成立了准备和领导起义的公开机关——军事革命委员会。在10月29日的俄共中央扩大会议上，选出了由斯维尔德洛夫、捷尔任斯基等人组成的领导起义的党总部，作为彼得格勒苏维埃军事革命委员会的领导核心。
以克伦斯基为首的临时政府在得到叛徒告密后，于11月5日晚间开会，决定立即动手，镇压革命力量。当时临时政府在彼得格勒掌握大约五万名武装部队，于11月6日下令加强对政府机关、车站、军火仓库的警戒，同时派士官生封闭布尔什维克党的机关报《工人之路》，并企图占领布尔什维克党中央所在地——斯莫尔尼宫。
这天夜里，一位个头不高、工人打扮的人匆匆来到武装起义的指挥部——斯莫尔尼宫。他走进宫内，立即摘去假发，果断地下达起义的命令：“今天晚上，我们一定要把政府人员全逮捕起来，解除他们的武装！”
此人就是列宁。在革命生死存亡的关头，列宁决定提前发动起义，他当即派出革命士兵把盘踞在《工人之路》编辑部和印刷所的士官生赶走。当天上午照常出版的《工人之路》号召工农大众起来推翻临时政府。
在布尔什维克党的领导下，有2万名工人赤卫队立即武装起来，驻扎在彼得格勒的20万名革命士兵分别举行集会，表示坚决执行军事革命委员会的一切命令。波罗的海舰队派遣25艘军舰和数万名水兵到首都参加战斗。同时，军事革命委员会通过“阿芙乐尔”巡洋舰上的无线电台，要求彼得格勒外围的各革命组织进入战斗准备，以阻止支援临时政府的军队开进首都。临时政府在事实上已完全陷于孤立。但是，军事革命委员会只注意聚集革命力量，没有认真组织进攻。
11月6日深夜，列宁来到斯莫尔尼宫直接领导起义。整个晚上到第二天清晨，赤卫队和革命士兵、水兵按照列宁的指示，迅速占领了主要桥梁、火车站、邮政局、电话局、国家银行、政府机关等战略要地，包围了士官生学校，并强行解除了他们的武装。
11月7日上午，军事革命委员会发表了列宁起草的《告俄国公民书》，宣告临时政府已被推翻，政权已经转归苏维埃。但临时政府不甘心就此灭亡，搜罗了2000名军官和士官生，龟缩在冬宫里，继续顽抗。下午6时，2万名革命士兵和赤卫队员、9艘军舰、10辆装甲车包围了敌人最后的据点。军事革命委员会向临时政府发出最后通牒，要它立刻投降，但遭到拒绝。
新的战斗又开始了。以“阿芙乐尔”号巡洋舰的炮声为信号，工人和士兵向冬宫发动猛烈进攻，展开了争夺每一个大厅、每一个房间的激烈战斗，直到深夜才打下冬宫。临时政府的成员，除克伦斯基已乘美国大使馆汽车逃走外，其余都被逮捕。临时政府就这样轻易地垮台了。彼得格勒武装起义获得了辉煌胜利。战斗结果是，军事革命委员会仅有一名红军战士和五名红军水手伤亡。
“阿芙乐尔”的炮声宣告了人类历史新纪元的开始。1917年11月7日（俄历10月25日）作为伟大的十月社会主义革命胜利的日子而载入史册。10月7日夜晚，全俄苏维埃第二次大会开幕。大会首先通过了《告工人、士兵、农民书》，宣告各地全部政权转归苏维埃，并号召人民把革命进行到底。在这次代表大会上，成立了世界上第一个工农苏维埃政府——人民委员会，列宁当选为主席。
彼得格勒武装起义胜利的消息当天就传到了莫斯科。莫斯科的布尔什维克党组织决定立即举行武装起义。革命的工人和士兵很快就占领了邮局、电报局、国家银行、克里姆林宫等重要据点，斗争获得了初步胜利。
但是，孟什维克在军事革命委员会中进行阻挠破坏，起义领导人也动摇不定，甚至同莫斯科军区司令谈判。这就使敌人得以乘机聚集反抗力量，发动突然进攻，夺回了邮局、电报局等据点，又用欺骗手段重新占领克里姆林宫，屠杀了驻守在那里的革命士兵，并发出最后通牒，要求取消军事革命委员会。孟什维克慌忙退出了军事革命委员会。
布尔什维克领导工人举行全市总罢工。这时，莫斯科近郊的贫苦农民以及彼得格勒的赤卫队和水兵都赶来支援起义。经过六个昼夜的顽强战斗，终于在11月15日攻占了克里姆林宫，取得了革命的胜利。
在彼得格勒、莫斯科建立苏维埃政权后，到1918年二三月间，全俄国各地都相继建立了苏维埃政权。十月革命胜利了。