El creciente protagonismo de los soviets creó en Rusia una dualidad de poderes: uno, el legal, encarnado en el Gobierno Provisional; otro, el real, el de los soviets liderados por Lenin. Éstos tras la constitución de un Comité Militar Revolucionario, planearon la insurrección armada contra el gobierno de Kerensky.
La caída del Gobierno Provisional se consumó tras el “Asalto al Palacio de Invierno” en San Petersburgo, capital de Rusia por entonces, el 25 de octubre de 1917. La noche del 24 los soviets se habían apoderado de los puntos estratégicos de la capital (central telefónica, estaciones de ferrocarril, edificios oficiales). El crucero Aurora, anclado en el puerto, bombardeó el palacio, sede del gobierno. Todos sus componentes fueron detenidos, salvo Kerensky, que logró huir.
Inmediatamente se constituyó un Consejo de Comisarios del Pueblo, formado por bolcheviques y presidido por Lenin, que sustituyó al gobierno derrocado. La revolución soviética había triunfado.

Aunque la revolución se asocia principalmente a San Petersburgo, en Moscú también hubo importantes combates.