Однако лишь меньшинство руководителей партии разделяли реалистические оценки. Большинством голосов совещание высказалось за «революционную войну» (32 голоса). За позицию Троцкого было подано 16 голосов. За ленинскую позицию проголосовало 15 человек. Однако, будучи председателем Совнаркома, Ленин настоял на том, чтобы Троцкий, который возглавил делегацию в Бресте, всемерно затягивал переговоры, но немедленно подписал мирный договор, если Центральные державы предъявят ультиматум.
Переговоры в Бресте продолжались. Скоро стало очевидным, что тактика их затягивания не дала положительных результатов. Тем временем Центральная Рада была изгнана из Киева советскими войсками, и тогда в Брест прибыли представители нового советского правительства. Однако Центральные державы не признали их полномочий. Тем временем 27 января (9 февраля) представители Центральной Рады подписали мирный договор с Центральными державами. В обмен на поставки продовольствия Германия и Австро-Венгрия обещали Раде военную помощь.
На другой день, 28 января (10 февраля), глава германской делегации Кюльман представил Троцкому ультиматум. Однако Троцкий нарушил указания Ленина. Военный эксперт советской делегации Д. Г. Фокке вспоминал: «Троцкий встает, нервно подергивая мефистофельскую бородку. Глаза горят злым и самоудовлетворенным блеском. Горбатый нос и выступающий вперед острый подбородок сливаются в одно обращенное к противной стороне оскаленное острие. Троцкий читает звонким, металлическим голосом, отчеканивая каждое слово».
Троцкий объявил: «Мы выводим нашу армию и наш народ из войны… Мы выходим иэ войны… Мы заявляем, что условия, предложенные нам правительствами Германии и Австро-Венгрии, в корне противоречат интересам всех народов… Мы не можем поставить подписи русской революции под условиями, которые несут с собой гнет, горе и несчастье миллионам человеческих существ… Мы выходим из войны, но мы вынуждены отказаться от подписания мирного договора».
Затем Троцкий зачитал официальное заявление, подписанное всем членами советской делегации. В нем говорилось, что, «отказываясь от подписания аннексионистского договора, Россия, со своей стороны, объявляет состояние войны с Германией, Австро-Венгрией, Турцией и Болгарией прекращенным. Российским войскам одновременно отдается приказ о полной демобилизации по всему фронту».
Д. Г. Фокке вспоминал: «Троцкий кончил. Впечатление – взорвавшейся бомбы. Декларация грянула, как гром среди ясного неба… Безмолвно сидело все собрание, выслушав эти странные и столь дико звучавшие слова… Кто-то чуть ли не генерал Гофман, после речи Троцкого, сказал вполголоса: «Неслыханно!».
Как ни был поражен Кюльман заявлением Троцкого, он сумел тут же внести ясность в суть дела: «На основании договора о перемирии военные действия, несмотря на продолжающееся состояние войны, пока прекращены. При аннулировании же этого договора военные действия автоматически возобновятся. То обстоятельство, что одна из сторон демобилизует свои войска, ни с фактической, ни с правовой стороны ничего не меняет в данном положении».
Одновременно Кюльман потребовал от Троцкого разъяснений, где проходит граница Российского государства и готово ли Советское правительство возобновить торговые и правовые отношения в пределах, соответствующих прекращению состояния войны и наступления мира. На вопросы Кюльмана Троцкий дал туманный ответ: «Что касается практических затруднений, вытекающих из создавшегося положения, то я не могу предложить никакой юридической формулы для их разрешения. Невозможно подыскать формулу, определяющую взаимоотношения российского правительства и Центральных держав». Более определенный ответ Троцкий дал относительно дальнейших переговоров: «Что касается нас, то мы исчерпали все полномочия, какие мы имеем и какие до сих пор могли получить из Петрограда. Мы считаем необходимым вернуться в Петроград, где мы обсудим, совместно с правительством Российской федеративной республики, все сделанные нам союзническими делегациями сообщения и дадим на них соответствующий ответ». Объявив, что в дальнейшем Германия может поддерживать связь с Петроградом по радио, Троцкий покинул зал заседаний, а вечером выехал из Бреста.
Его биограф И. Дейчер писал: «Троцкий возвращался в Петроград полный уверенности и гордый своим достижением». Поскольку германские газеты занимались дезинформацией, утверждая, что наступления не будет, Троцкий в течение нескольких дней изображал из себя героя, который развязал «гордиев узел» брестских переговоров, прекратив войну и не подписав «позорный» мир.