Именно при Петроградском Совете 12 октября был создан Военно-революционный комитет (ВРК), ставший штабом подготовки вооруженного восстания. В комитете доминировали большевики и левые эсеры, которые и направляли работу штаба. В состав бюро ВРК вошли три большевика — Н. И. Подвойский, В. А. Антонов-Овсеенко, А. Д. Садовский, — и два левых эсера — Г. Н. Сухарьков и П. Е. Лазимир, ставший первым председателем Петроградского ВРК. Формально комитет был создан для противодействия выводу революционных войск из столицы. На деле он направлял своих комиссаров на заводы, вооружал отряды Красной гвардии: к этому времени только в Питере число их бойцов превысило 30 тыс. Красногвардейцы, большевизированные солдаты и матросы приступили к постепенному захвату ключевых объектов города. К утру 25 октября восставшие заняли Центральный телеграф, Главпочтамт и вокзалы. В 10 часов ВРК выступил с обращением «К гражданам России!», в котором сообщалось о низложении Временного правительства и переходе власти в руки ВРК. К вечеру его сторонники овладели почти всем городом. В ночь с 25 на 26 октября был взят Зимний дворец, а находившиеся в нем министры последнего Временного правительства переправлены в Петропавловскую крепость. Керенского среди них не было: накануне он выехал на фронт в надежде привести в столицу верные правительству войска. Под давлением восставших прекратил свою работу и Предпарламент. Таким образом, к началу работы II Всероссийского съезда Советов вопрос о власти в столице был решен.
Съезд открылся 25 октября в 22 часа 40 минут в здании Смольного института. Из 670 делегатов 338 представляли большевиков, 100 — их союзников левых эсеров. Первым принятым съездом документом, который в сжатом виде объяснял смысл и цель происходящего, было написанное Лениным обращение — «Рабочим, солдатам, крестьянам!». В нем было заявлено: «…опираясь на волю громадного большинства рабочих, солдат и крестьян, опираясь на свершившееся в Петрограде вооруженное восстание рабочих и гарнизона, Съезд берет власть в свои руки… Советская власть предложит немедленный демократический мир всем народам и немедленное перемирие на всех фронтах. Она обеспечит безвозмездную передачу помещичьих, удельных и монастырских земель в распоряжение крестьянских комитетов, отстоит права солдата, проведя полную демократизацию армии, установит рабочий контроль над производством, обеспечит своевременный созыв Учредительного Собрания, озаботится доставкой хлеба в города и предметов первой необходимости в деревню, обеспечит всем нациям, населяющим Россию, подлинное право на самоопределение». И после этого следовало: «Съезд постановляет: вся власть на местах переходит к Советам Рабочих, Солдатских и Крестьянских депутатов». Документ содержал перечень наиболее острых проблем, волновавших подавляющее большинство населения России, и заявлял о готовности рождающейся власти решить их радикально и без проволочек.
На съезде обсуждался и вопрос о партийной структуре советской власти: будет ли она опираться на все советские партии или ее характер будет определять лишь партия-победительница — большевики со своими союзниками? Делегаты от меньшевиков и эсеров считали необходимым создание коалиционного правительства, включающего все силы революционной демократии. И съезд первоначально одобрил эту позицию. Однако вскоре под давлением Ленина и Троцкого отверг ее. В знак протеста меньшевики и правые эсеры покинули съезд. В результате в избранный новый ВЦИК вошли 62 большевика и 29 левых эсеров, но определенное количество мест было зарезервировано и для «ушедших» советских партий. Правительство же из-за отказа левых эсеров войти в него оказалось чисто большевистским.
Огромное значение имело принятие съездом первых декретов: о мире, где новая власть заявляла о готовности немедленно подписать его без аннексий и контрибуций; о земле, передававшем крестьянам помещичьи имения без всяких предварительных условий. Съезд также сформировал Временное (до созыва Учредительного собрания) рабоче-крестьянское правительство — Совет народных комиссаров (СНК), — которое возглавил Ленин. В составе первого СНК наркомы: А. И. Рыков — по внутренним делам, В. П. Милютин — земледелия, А. Г. Шляпников — труда, В. А. Антонов-Овсеенко, Н. В. Крыленко и П. Е. Дыбенко — Комитет по военным и морским делам, В. П. Ногин — по делам торговли и промышленности, А. В. Луначарский — народного просвещения, Л. Д. Троцкий — по иностранным делам, Г. И. Оппоков (Ломов) — юстиции, И. А. Теодорович — продовольствия, Н. П. Авилов (Глебов) — почт и телеграфа, И. В. Джугашвили (Сталин) — по делам национальностей. Правительство объявлялось ответственным перед ВЦИК.