Ранним утром 14 сентября 1764 года Преображенский, Семеновский и Финский гвардейские полки были подняты по тревоге. Перед ними выступили лидеры заговорщиков, в том числе сам Орлов. Указывалось на то, как несправедливо поступает царь, что страной вместо него управляют «поганые купчишки», что на дворян почем зря обрушиваются репрессии, страна на грани краха (после впечатляющей победы над турками), и вообще все очень плохо, и царя надо свергать. Вместо Петра на трон предлагалось посадить кого-то из его детей, или вовсе представителей других ветвей Романовых. Многие гвардейцы, заранее уведомленные о начале восстания, поддержали Орлова — другие же или поддержали его по своей воле экспромтом, или решили сделать вид, что поддерживают его: как только Преображенский полк покинул казармы, в нем уже недосчитались нескольких сотен человек, которые дезертировали, и количество таких постоянно увеличивалось. Тем не менее, тормозить уже не было времени: впереди была победа или смерть. Перебежчики из взбунтовавшихся полков тем временем отправились кто куда — кто в лояльные гвардейские полки, кто в императорский дворец, чтобы уведомить царя о предательстве. Петр II, уже будучи в почтенном возрасте, был шокирован известием о готовящемся перевороте, но быстро развил кипучую деятельность. Ему предложили бежать из Петрограда, однако было непонятно, кому можно доверять кроме лейб-гвардии, и каково состояние выездов из города: существовала вероятность, что те перекрыты мятежниками, и беглецов перехватят. Пытаясь определить, кто из военных сейчас ему верен, Петр потратил много времени, и лишь убедившись, что комендант и гарнизон Петропавловской крепости ему верны, он приказал переправить туда свою семью — на эвакуацию себя самого и вверенных ему войск, включая лояльных преображенцев, семеновцев и лейб-гвардейцев, времени уже не было: мятежники вышли на Адмиралтейский луг [2] и стали оцеплять Зимний дворец, который оказался в осаде вместе с царем.
Орлов поначалу попытался выдвинуть царю ультиматум — отречение от трона, возвращение старых привилегий, исключение из Госудаственной думы всех кроме дворян, и т. д., но ответ Петра II был простым — «Ваши условия не позволяет мне принять ни честь, ни совесть: вы приведете Россию к руинам». Первый штурм начался примерно в 11.30, и оказался безуспешным — у мятежников не было артиллерии, а осажденные (общей численностью около 500 человек) яростно отстреливались и отбивались штыками. Во дворце в это время находился испанский посланник Фернандо де Сервера — ему, как более молодому, пришлось защищать уже старого царя от рук его же гвардии, отстреливаясь из окон наравне с другими: при словах о том, что он не обязан никого здесь защищать, испанец откровенно обиделся, так как считал русского царя своим близким другом, и ради него даже выучил русский язык. Позднее он оставит воспоминания о тех тревожных минутах. Сам император Петр II в это время спокойно перезаряжал ружья для своих лейб-гренадеров — стрелять самому уже не позволяло зрение. Он целиком смирился с тем, что может сегодня погибнуть, и был счастлив, что его семья находится в безопасности. Второй штурм мятежной гвардии также оказался неудачным — подняв восстание против царя и встретив серьезное сопротивление, лучшие солдаты России как-то враз потеряли весь свой напор и боевой дух, который отличал их от других войск в предыдущих войнах. А уже в 12.10 ситуация резко переменилась.