20 августа 1944 года Красная Армия начала широкомасштабное наступление против объединенных немецко-румынских войск. К исходу третьего дня войска 2-го и 3-го Украинских фронтов соединились на переправе через Прут и завершили окружение вражеских войск в районе Кишинева. Ясско-Кишиневская операция вошла в историю Великой Отечественной войны как образец быстрого окружения противника и столь же быстрого его уничтожения. В момент, когда катастрофа на фронте стала очевидной, в румынской столице был совершен государственный переворот.
Вечером 23 августа Михай вызвал на аудиенцию в королевский дворец маршала Антонеску якобы для того, чтобы обсудить с ним сложившуюся ситуацию. Прибывший во дворец кондукатор (т. е. «вождь» — титул, к которому диктаторы питали особую слабость) после бурного объяснения был по приказу короля арестован. Чтобы не возвращаться к этой зловещей фигуре, замечу, что в 1946 году 64-летний Антонеску был казнен по приговору румынского Народного трибунала.
Вслед за кондукатором под стражу были взяты военный министр, министр внутренних дел, генеральный инспектор жандармерии и префект столичной полиции. Все они были вывезены в пригород Бухареста Ватра-Луминоэса, где и содержались до прихода Красной Армии. В 22 часа 23 августа по бухарестскому радио была передана декларация короля Михая о смещении Антонеску и создании правительства во главе с генералом К. Санатеску. Сообщалось также, что Румыния разрывает дипломатические отношения с Германией и прекращает военные действия против стран антигитлеровской коалиции. Именно за этот безусловно смелый поступок Михай спустя 11 месяцев был награжден орденом Победы.
Михай и его тогдашние союзники — румынские коммунисты и социалисты, объединившиеся в «левый блок», — организовали арест прогитлеровского руководства страны настолько скрытно, что многочисленные представители немецкой армии, дипломатии и спецслужб в Бухаресте были застигнуты этими событиями врасплох. Румынские спецслужбы смогли проинформировать немецкое посольство о том, что во дворце «что-то случилось», лишь вечером 23 августа. Тогда гитлеровский посол Киллингер срочно вернулся в столицу с загородной дачи и добился аудиенции у короля. Узнав о планах новых властей подписать с союзниками перемирие, германский посол пригрозил королю репрессиями, а затем вышел и застрелился.
С опозданием узнав о развитии событий в Бухаресте, Гитлер решил во что бы то ни стало удержать неверного союзника и предоставил чрезвычайные полномочия командующему группой армий «Южная Украина» фельдмаршалу Гансу Фриснеру, приказав ему подавить мятеж в Бухаресте. Но задача эта была уже нереальной, для ее осуществления не было достаточных сил. Тем не менее, опасаясь мести со стороны гитлеровцев, Михай покинул Бухарест и более двух недель скрывался на конспиративной квартире в провинции Тыргу-Жиу, где и находился до прихода Красной Армии.
В то же время генерал Санатеску начал переговоры с советским командованием. Прибывшая в Москву румынская делегация 12 сентября 1944 года подписала Соглашение о перемирии, которое зафиксировало статус Румынии как бывшего союзника гитлеровской Германии. В документе отмечалось, что Румыния признает факт своего поражения в войне и берет на себя обязательство возместить СССР убытки, причиненные военными действиями и оккупацией советских территорий. Контроль за выполнением условий перемирия был возложен на Союзную Контрольную комиссию, в состав которой вошли представители СССР, США и Великобритании. Председателем ее был назначен командующий 2-м Украинском фронтом маршал Р. Я. Малиновский.
Важным пунктом Соглашения было обязательство Румынии вести войну на стороне союзных держав против Германии и Венгрии. И действительно, в течение почти 9 месяцев румынские войска совместно с Красной Армией вели бои в Трансильвании, на территории Венгрии, Чехословакии и Австрии. Однако, к большой обиде Бухареста, «большая тройка» так и не признала за Румынией статуса полноправного участника антигитлеровской коалиции. В этом ей было отказано и на Парижской мирной конференции 1946 года.
Между тем официальные источники свидетельствуют, что с августа 1944-го по май 1945 года против гитлеровской Германии и ее сателлитов сражались свыше полумиллиона румынских солдат, в постоянном соприкосновении с противником находилось от 17 до 30 дивизий. Потери румынской армии за этот период также были весьма существенными — почти 170 тысяч человек убитыми и ранеными. Возможно, эти весомые потери также повлияли на решение Сталина наградить орденом Победы короля Михая в том числе и потому, что он, в отличие от большинства румынских генералов, успевших повоевать против Советского Союза под началом Антонеску, не был прямо причастен к войне Румынии против СССР.