У Хрущёва не было никаких сомнений в том, что Л. Берия готовит заговор с целью захвата власти в стране и что в этой подготовке участвуют не только заместители Берия, но и некоторые из высших офицеров воинских подразделений МВД. Но и Берия внимательно следил за поведением всех членов Президиума ЦК. Характерный эпизод: когда в середине мая 1953 года в Берлине начались массовые беспорядки среди рабочих, именно Берия направили в Берлин, чтобы на месте разобраться в причинах беспорядков и «навести порядок». В Москве в неурочное время собрался Президиум ЦК. Берия позвонил в Москву перед заседанием, о котором ему сообщили друзья. Его заверили, что речь идёт об обычном заседании, на котором его присутствие необязательно, и что его миссия в Берлине гораздо важнее. Но Берия срочно прилетел в Москву.
Хрущёв действовал осторожно, соблюдая конспирацию. Булганина он склонил на свою сторону ещё в марте. Нетрудно было заручиться поддержкой Жукова. Но невозможно было осуществить смещение и арест Берия без поддержки Маленкова, который считался другом Берия. Хрущёв, однако, рискнул переговорить с Маленковым без свидетелей во время прогулки в подмосковном лесу и склонить его на свою сторону. Маленков, который стоял тогда во главе правительства СССР и председательствовал на заседаниях Президиума ЦК КПСС, уже имел возможность убедиться, что Берия мало считается с его мнением, стремясь восстановить прежнее положение органов МВД, стоявших ещё недавно над партийным и правительственным аппаратом. С Маленковым Хрущёв обговорил и все технические детали ареста Берия, который они решили провести на ближайшем заседании Президиума ЦК или Президиума Совета Министров. Лишь перед самым заседанием Маленков обсудил вопрос об аресте Берия с Ворошиловым и заручился полным его согласием. Хрущёв взял на себя разговор с Микояном, пригласив его на свою дачу перед тем как ехать в Кремль. Микоян занял, однако, особую позицию, пустившись в рассуждения о том, что Берия не безнадёжный человек и с ним можно якобы работать в условиях коллективного руководства. Это вызвало тревогу, но отступать уже было поздно.
Перед заседанием, которое произошло 26 июня 1953 года, Хрущёв обменялся новостями с Маленковым в кабинете последнего. Были приглашены на заседание все члены Президиума ЦК КПСС. Хрущёв пришёл в комнату заседаний с пистолетом в кармане. Берия пришёл с портфелем, который положил на подоконник. В смежной комнате находилась группа военных во главе с Жуковым, у которых имелось письменное предписание Президиума Верховного Совета СССР об аресте Берия. Они должны были начать свою операцию по звонку, тайно проведённому от стола Маленкова в комнату для военных.
После начала заседания Маленков предложил обсудить партийные вопросы и предоставил слово Хрущёву. Тот произнёс длинную речь, направленную против Берия, ссылаясь на выступления Григория Каминского в 1938 году, вскоре погибшего, который называл Берия агентом английской и муссаватистской разведки. Хрущёв обвинил Берия в том, что после смерти Сталина тот произвёл без ведома ЦК КПСС крупные перемещения в МВД, выдвигал везде на ответственные посты грузин, поощряя таким образом национальную рознь. Он заявил, что Берия не коммунист, а карьерист, которому не место в партии. Хрущёва поддержали в своих выступлениях Молотов, Булганин и другие. Лишь Микоян воздержался, повторив свои оговорки. Хрущёв предложил немедленно освободить Берия от всех занимаемых им постов. Члены Президиума ещё не успели проголосовать, как Маленков нажал на секретную кнопку. В зал заседаний вошли десять вооружённых военных во главе с Жуковым. По распоряжению Маленкова Берия арестовали и поместили в комнате близ кабинета Маленкова. Опасались, что охрана Кремля или работники МВД предпримут попытку освободить Берия. По приказу Жукова в Москву ввели Кантемировскую и Таманскую танковые дивизии, танки которых расположились в центре Москвы без чехлов на орудиях (дивизии МВД имели только лёгкое стрелковое оружие).
Группу военных, производивших арест Берия, провёл в Кремль Булганин. Военным не пришлось поэтому сдавать в комендатуре Кремля своё оружие. В машине одного из маршалов и под охраной военных Берия был вывезен из Кремля. Тюрьмой для него стало одно из бомбоубежищ при штабе командующего войсками Московского района ПВО генерала К. Москаленко, назначенного вскоре командующим войсками МВО вместо генерала П. А. Артемьева. Комната, где содержался Берия, охранялась днём и ночью не только снаружи, но и изнутри.