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Il 23 ottobre 1917 il Soviet di Pietrogrado, guidato da Trotsky, votò a favore di una rivolta militare. Il 6 novembre il governo chiuse numerosi giornali e chiuse la città di Pietrogrado nel tentativo di prevenire la rivoluzione; scoppiarono piccole scaramucce armate. Il giorno successivo scoppiò una rivolta su vasta scala quando una flotta di marinai bolscevichi entrò nel porto e decine di migliaia di soldati si sollevarono a sostegno dei bolscevichi. Le forze delle Guardie Rosse bolsceviche sotto il Comitato militare-rivoluzionario iniziarono l'occupazione degli edifici governativi il 7 novembre 1917. Un assalto finale contro il Palazzo d'Inverno, contro 3.000 cadetti, ufficiali, cosacchi e donne soldato, non trovò una vigorosa resistenza. I bolscevichi ritardarono l'assalto perché non riuscirono a trovare artiglieria funzionante. Alle 18:15 un folto gruppo di cadetti d'artiglieria abbandonò il palazzo, portando con sé la propria artiglieria. Alle 20:00 200 cosacchi lasciarono il palazzo e tornarono nelle loro caserme.
Mentre il gabinetto del governo provvisorio all'interno del palazzo discuteva sull'azione da intraprendere, i bolscevichi lanciarono un ultimatum per arrendersi. Operai e soldati occuparono l'ultima stazione telegrafica, interrompendo le comunicazioni del governo con le forze militari fedeli fuori città. Con il passare della notte, folle di ribelli circondarono il palazzo e molti vi si infiltrarono. Alle 21:45 l'incrociatore Aurora sparò un colpo a salve dal porto. Alcuni rivoluzionari entrarono nel palazzo alle 22:25 e 3 ore dopo ci fu un ingresso di massa. Alle 2:10 del mattino del 26 ottobre, le forze bolsceviche avevano preso il controllo. I cadetti e i 140 volontari del battaglione femminile si arresero piuttosto che resistere alla forza d'attacco di 40.000 uomini. Dopo sporadici colpi di arma da fuoco in tutto l'edificio, il gabinetto del governo provvisorio si arrese e fu imprigionato nella Fortezza di Pietro e Paolo. L'unico membro che non fu arrestato fu lo stesso Kerenskij, che aveva già lasciato il palazzo. Con il Soviet di Pietrogrado ora al controllo del governo, della guarnigione e del proletariato, il Secondo Congresso dei Soviet panrusso tenne la sua sessione di apertura quel giorno, mentre Trotsky congedò dal Congresso i menscevichi opposti e i socialisti rivoluzionari (SR).