5 июля 1917 г. Святейший Синод своим определением утвердил «Положение о созыве Поместного Собора Православной Всероссийской Церкви». В состав Собора входили все члены Святейшего Синода, епархиальные архиереи (викарии и находившиеся на покое участвовали лишь по приглашению). Общее руководство и надзор за выборами лежал на Святейшем Синоде, в епархиях надзирающие функции выполняли епархиальные архиереи. Выборы делегатов на Собор от клира и мирян должны были состояться не позднее 23 июля и охватить всех православных. Единоверцы (православные старообрядцы) избрали десять депутатов и их заместителей на своем Нижегородском съезде в июле 1917 г. Корпорации каждой из духовных академий получили право делегировать по три своих представителя, не считая тех профессоров, кто участвовал в работе Предсоборного Совета (все представители которого также становились членами Собора).
В конце июля 1917 г. Святейший Синод своим определением за № 4652 постановил: ввиду предстоявшего 15 августа открытия Поместного Собора, перенести свои заседания из Петрограда в Москву. Работы Святейшего Синода в северной столице планировалось завершить 2 августа, а 9 августа – открыть уже в первопрестольной. На время пребывания в Москве Святейшего Синода в Петрограде должна была работать Синодальная контора. Давно ожидавшееся открытие Поместного Собора Святейший Синод предварил определением от 11 августа, в котором предписал отметить это торжество совершением церковных молений. Само открытие произошло в праздник Успения Пресвятой Богородицы под колокольный звон сотен московских церквей. На открытии присутствовали официальные лица: министр-председатель А.Ф. Керенский, министр внутренних дел
Н.Д. Авксентьев, министр исповеданий А.В. Карташев, председатель Четвертой Государственной Думы М.В. Родзянко и другие. Торжество, проходившее в Успенском соборе Московского Кремля, началось с зачтения Киевским митрополитом Владимиром (Богоявленским) грамоты Святейшего Синода об открытии Собора и произнесения всеми присутствующими Символа веры. Затем члены Собора совершили поклонение мощам святителя Алексия, покоившимся в Пудовом монастыре Кремля, и приняли участие в совершении всенародного молебствия на Красной площади. Второй день Собора (16 августа) прошел в храме Христа Спасителя. Заседание было открыто, как и в предыдущий день, выступлением одного из старейших и авторитетнейших русских иерархов – митрополита Владимира (Богоявленского), затем последовали приветствия гостей. Первым произнес речь министр исповеданий А.В. Карташев.
Собственно деловые заседания начались лишь на третий день. Они проходили в епархиальном доме, расположенном в Лиховом переулке, недалеко от Самотеки и Сухаревки. Процесс заседаний решили скопировать у Государственной Думы, назначив ответственным секретарем Собора ее бывшего депутата В.П. Шеина (будущего священномученика архимандрита Сергия). «Впереди были возвышенные места для президиума и архиереев, сидевших к Собору лицом. Сзади епископов – алтарь. Все мы находились как бы перед лицом Самого Бога», – многие годы спустя вспоминал расположение делегатов в зале заседаний митрополит Вениамин (Федченков).
Всего на Собор было избрано 564 человека, среди которых было 72 архиерея, 192 клирика (среди них – 2 протопресвитера, 17 архимандритов, 2 игумена, 3 иеромонаха, 72 протоиерея, 65 приходских священников, 2 протодиакона и 8 диаконов) и 299 мирян.
18 августа 1917 г. состоялись выборы председателя Собора. Большинство голосов (407 – «за», 30 – «против») было отдано святителю Тихону (Беллавину), за пять дней до того, вместе с экзархом Грузии Платоном (Рождественским) и архиепископом Петроградским Вениамином (Казанским), возведенному Святейшим Синодом в сан митрополита. Митрополит Владимир (Богоявленский) остался почетным председателем. Заместителями (товарищами) председателя стали шесть человек: два архиерея – архиепископы Арсений (Стадницкий) и Антоний (Храповицкий), два клирика – протопресвитеры Николай Любимов и Георгий Шавельский и два мирянина – князь Е.Н. Трубецкой и М.В. Родзянко, в дальнейшем замененный на А.Д. Самарина.
В дальнейшем Собор приступил к организации специальных отделов, в том числе: уставного; высшего церковного управления; епархиального управления; церковного суда; благоустройства прихода; правового положения Церкви в государстве; богослужения, проповедничества и церковного искусства; церковной дисциплины; внешней и внутренней миссии и других. Всего было создано 22 отдела и 3 совещания при соборном Совете: религиозно-просветительное, хозяйственно-распорядительное и юридическое. Самым большим (по числу записавшихся участников) оказался отдел по реформе высшего церковного управления, что, конечно же, нельзя назвать случайностью. Вопрос о возглавлении Церкви, не разрешенный Предсоборным Советом (в смысле необходимости восстановления патриаршества), оставался центральным.