31日深夜，成千上万的工人向彼得格勒市中心行进。由于布尔什维克的宣传、组织工作，军队中的大批对沙皇不满的士兵心向革命，加入了革命的行列中。沃伦禁卫团教导队士兵率先起义，杀死教导队队长，然后上街，开往附近的普列奥勃拉任斯基团和立托夫斯基团，实现了初步联合。整理好队伍后，起义兵团开往维堡，同工人会合。驻在维堡区的莫斯科禁卫团教导队进行反抗，阻止士兵参加起义。起义士兵和工人冲进营房，击毙教导队长，夺取了武器，武装了工人。工人和起义士兵夺取了兵工总厂和炮兵总部，缴获4万支步枪、3万支手枪和大量子弹。布尔什维克带领群众向监狱冲击，释放了政治犯，获得释放的布尔什维克立即奔向工人区，参加战斗，参加起义的军人越来越多。
同一时间，沙皇的大臣们在玛丽亚宫开了最后一次会，但很快就被逮捕了。尼古拉二世企图从前线调回军队来彼得堡镇压起义，但附近的军队已经起义。沙皇的讨伐队被阻拦在半路，即便再坚定的保皇派，也挽救在整个国民心中彻底失去了威望的沙皇政权，军队拒绝向起义者开枪，整个首都掌握在起义者手中。
1917年1月1日（俄历1916年12月18日），布尔什维克党中央委员会以传单形式发表了《告全体俄国公民书》，宣告沙皇制度垮台，首都已经转到起义人民手中；明确工人阶级和革命军队的主要任务是建立民主共和国，没收地主土地，实行时工作制，联合各交战国人民制止帝国主义战争。这份宣言广为传播，在工人和士兵的集会上宣读，但是由于内部认识并不统一，列宁主张的建立彻
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