Lenin, a legtekintélyesebb bolsevik vezető 1917 áprilisában tért haza svájci emigrációjából. A megérkezés estéjén meghirdette a polgári forradalom továbbvitelét, a szocialista forradalmat (permanens forradalom), és a szakítást az Ideiglenes Kormánnyal. A közhangulat a bolsevikoknak kedvezett. A kormány kevés tekintélyét is elveszítette azután, hogy külügyminisztere háborúpárti sajtókampányt kezdett az antant megnyugtatására, biztosítva szövetségeseit, hogy az Ideiglenes Kormány a végső győzelemig folytatja a háborút. Áprilisban már ismét összecsapások voltak Pétervár utcáin, de most már a kormány és a bolsevikok között. A bolsevikok népszerűsége növekedett, a párt létszáma a februári 20 ezerről 80 ezerre emelkedett.
Májusban önkényes földfoglalások tartották rettegésben az orosz földbirtokosokat. A birtokos nemesség egy részét tömörítő kadet párt az állam által támogatott megváltást látta az egyetlen járható útnak, és az ingyenes földosztást csak az uralkodóház és az egyház földjein tartotta lehetségesnek. Az eszerek kárpótlás nélküli általános és egyenlő földosztást követeltek. A kormány tétovázott és kivárt, Oroszország legégetőbb problémájára, a földosztásra nem született megoldás.
Júniusban a kormány újabb offenzívát (ún. Kerenszkij-offenzíva) indított az osztrák-magyar erők ellen. A kezdeti sikerek után a támadás kifulladt, az orosz hadsereg maradék lelkesedése is szertefoszlott, a katonák haza akartak menni, és forradalmi gyűléseiken a visszavonulás mellett döntöttek. Péterváron a bolsevik párt félmilliós tüntetésen követelte a háború befejezését és a szovjetek hatalomátvételét. A zavargások mindennaposak lettek a nagyvárosokban. A kormány a bolsevik vezetők letartóztatásával próbálta megoldani a helyzetet, Lenin illegalitásba vonult.
A júliusi válság után a kormány átalakult, tagjai zömmel szocialista (mensevik, eszer) politikusok lettek. A „Minden hatalmat a szovjeteknek!” jelmondata elveszítette eredeti értelmét, hiszen a szovjetek meghatározó eszer és mensevik vezetői ott ültek a miniszteri bársonyszékekben. De a szovjetek megőrizték önállóságukat, és szeptember táján jelentős átrendeződés kezdődött bennük a bolsevikok javára.
Szeptemberben a pétervári városi szovjet vezetésében többségbe kerültek a bolsevikok, és más nagyvárosokban is csökkent a mensevikek befolyása a szovjetekben. A titokban visszatérő Lenin a fegyveres felkelés megszervezését sürgette, érvelése szerint a hatalomátvételnek addig van esélye, míg a kormány gyenge. Október 10-én egy szigorú konspirációval szervezett tanácskozáson a bolsevik párt központi bizottságának tizenkét tagja közül tíz a fegyveres hatalomátvétel mellett döntött. A felkelés kivitelezése a pétervári szovjet Forradalmi Katonai Bizottságának feladata lett. A bolsevikok forradalmi hangulatú katonai egységeket hoztak Pétervárra, és más városokban is megkezdték a katonai előkészületeket.
A II. Összoroszországi Szovjetkongresszus október 25-én nyílt meg, a kormány erre a napra várta a felkelés kirobbanását - Lenin javaslatára ezt előrehozták 24-ére. Ezen a napon a Vörös Gárda és a forradalmi katonai alakulatok a kidolgozott terv szerint megszállták a város fontos középületeit, hídjait, üzemeit, lezárták a Petrográd felé vezető utakat. Az Ideiglenes Kormány elszigeteltségét jól mutatja, hogy a történelem első nagy munkásfelkelése gyakorlatilag fegyveres harc nélkül, minimális áldozattal zajlott le. Komolyabb lövöldözés csak az Ideiglenes Kormány székhelyénél, a Téli Palotánál folyt. A felkelés sorsa gyakorlatilag október 25-én eldőlt, a miniszterelnök és a kormány több tagja elmenekült vagy letartóztatták őket. (Az 1918-ban bevezettet új naptár szerint a „Nagy Októberi Szocialista Forradalom” november 7-én zajlott le.)
Még folyt a Téli Palota ostroma, amikor a Szmolnij Intézetben megnyílt a Munkás- és Katonaküldöttek Szovjetjeinek II. Összoroszországi Kongresszusa. Az ekkor már országszerte és a 12 milliós hadseregben is nagy befolyással rendelkező szovjetek 673 küldöttje között 390 bolsevik volt (58 %), a többi helyek megoszlottak az eszerek és a mensevikek között. A kongresszus kimondta, hogy kezébe veszi a hatalmat, és ünnepélyesen kikiáltotta a szovjethatalmat, államformaként pedig a proletariátus diktatúráját.
Ezután a kongresszus alaptörvényeket, ún. dekrétumokat fogadott el. A békéről szóló dekrétum az azonnali és annexió nélküli békekötést tartalmazta. A gyűlés másik fontos határozata a földről szóló dekrétum. E szerint a szovjethatalom megváltás nélkül elkobozza a cári család, a földbirtokosok, a kolostorok és az egyházak földjeit minden tartozékukkal együtt. A dekrétum megszüntette a földek magántulajdonát, a földet nacionalizálta és átadta használatra a parasztságnak. (A bolsevikok a földosztást „átmeneti kitérőnek” tekintették, programjuk a föld közös, szövetkezeti művelését tartotta fejlettebbnek.)
A bolsevik forradalom néhány napig tartó harc után Moszkvában is győzött, pár héten belül pedig csaknem egész Oroszországban felülkerekedett.