Все эти факторы привели к росту нестабильности в царском войске. Некоторые из военачальников составили заговор против царя Федора. Немалую роль в организации заговора сыграл талантливый авантюрист Прокопий Федорович Ляпунов, у которого были свои счеты с Годуновыми. В 1603 г. царь Борис велел бить кнутом его брата Захара за торговлю запрещенными товарами с донскими казаками. Прокопий Ляпунов, его родные братья Григорий, Захар, Александр и Степан, а также двоюродные братья Семен и Василий принадлежали к очень влиятельному в Рязани дворянскому роду.

Много споров среди историков вызывает и поведение Петра Басманова. С одной стороны, он был обласкан Борисом и Федором Годуновыми и получил назначение, намного превышающее положенное ему по знатности рода; с другой — заговорщики князья Голицыны по матери приходились ему двоюродными братьями, а отец царицы Малюта Скуратов был инициатором расправы над несколькими Басмановыми. В конце концов и Петр Басманов перешел на сторону заговорщиков. По одной версии Басманов лично возглавил мятеж, а по другой — не принял должных мер для его подавления и позволил для вида связать себя.

7 мая 1605 г. в лагере правительственных войск под Кромами вспыхнул мятеж. На помощь мятежникам подошли войска самозванца. Некоторое число дворян и простых ратников бежали в Москву, остальные присягнули самозванцу.

Первым делом Лжедмитрий распустил царское войско. Значительная часть дворян и простых ратников колебалась в своем выборе, а может, они попросту испугались. Иметь такое войско было слишком опасно. Да и сами дворяне и ратники давно мечтали разойтись по домам. Из самых ревностных сторонников самозванца, бывших в царском войске, сформировали особый отряд. Командовать отрядом Лжедмитрий поручил Борису Михайловичу Лыкову.

В середине мая 1605 г. Лжедмитрий прибыл в Орел, где он учинил суд над теми воеводами, которые, попав в плен, отказались ему присягать: «…приидоша ж под Орел и, кои стояху за правду, не хотяху на дьявольскую прелесть прельститися, оне же ему оклеветанны быша, тех же повеле переимати и разослати по темницам». В тюрьму был отправлен и боярин И. И. Годунов.

Затем самозванец двинулся к Москве. Его сопровождали около тысячи поляков и около двух тысяч запорожских казаков и конных русских ратников. По дороге из Орла в Москву население радостно встречало Отрепьева, и лишь гарнизоны Калуги и Серпухова оказали некоторое сопротивление. Тем не менее самозванец двигался к Москве крайне медленно.

По приказу царя Федора Москва стала готовиться к обороне. На стенах Белого и Земляного города устанавливались пушки.

31 мая отряд казачьего атамана Корелы обошел заслоны правительственных войск на Оке в районе Серпухова и разбил лагерь в десяти верстах к северу от столицы, на Ярославской дороге. На следующий день посланцы самозванца, дворяне Гаврила Пушкин и Наум Плещеев, в сопровождении казаков проникли в Москву и собрали на Красной площади большую толпу. С Лобного места Пушкин зачитал грамоту самозванца, написанную на имя бояр Мстиславского, Василия и Дмитрия Шуйских и других, окольничих и граждан московских. Лжедмитрий напоминал в ней о присяге, данной его отцу, Ивану IV, о притеснениях, причиненных ему в молодости Борисом Годуновым, о своем чудесном спасении (в общих, неопределенных выражениях), прощал бояр, войско и народ за то, что они присягнули Годунову, «не ведая злокозненного нрава его и боясь того, что он при брате нашем царе Феодоре владел всем Московским государством, жаловал и казнил, кого хотел, а про нас, прирожденного государя своего, не знали, думали, что мы от изменников наших убиты». Самозванец напомнил о притеснениях, какие были при царе Борисе «боярам нашим и воеводам, и родству нашему укор и поношение, и бесчестие, и всем вам, чего и от прирожденного государя терпеть было невозможно». В заключение Лжедмитрий обещал награды всем, кто его признает, и гнев Божий и свой, царский, в случае сопротивления.

Народ взволновался. Бояре сообщили патриарху Иову о мятеже, тот умолял бояр выйти к народу и образумить его. Бояре вышли на Лобное место, но ничего не могли поделать. Толпа потребовала от князя Василия Шуйского сказать правду, точно ли он похоронил царевича Димитрия в Угличе. Шуйский ответил, что царевич спасся, а вместо него убит и похоронен попов сын. Ворота в Кремль не были заперты, толпа ворвалась туда и захватила царя Федора с матерью и сестрой. Их отправили в старый дом Бориса Годунова, где он жил, будучи боярином. К дому был приставлен крепкий караул.

Другие толпы москвичей кинулись грабить дома Годуновых и их родственников, заодно были разбиты винные подвалы и кабаки. Началось повальное пьянство.

Получив известие о перевороте в Москве, Лжедмитрий 5 июня 1605 г. прибыл в Тулу. Там его встретили как царя. Лжедмитрий отправил обращение к Боярской думе с приказом выслать в Тулу князя Мстиславского и других главных бояр. По постановлению думы, 3 июня в Тулу отправились князья Н. Р. Трубецкой, А. А. Телятевский и Н. П. Шереметев, а также думный дьяк Афанасий Власьев. Туда же отправились все Сабуровы и Вельяминовы, чтобы вымолить себе прощение Лжедмитрия. Петр Басманов, расположившийся в Серпухове, именем государя не пропустил родню Годунова в Тулу.

Басманов повсюду искал изменников своего нового государя и беспощадно карал их. По его навету все Сабуровы и Вельяминовы (37 человек) были ограблены донага и брошены в тюрьму.

Лжедмитрия привело в бешенство неподчинение главных бояр его приказу явиться в Тулу лично.

В начале июня к Лжедмитрию на поклон приехал с Дона казачий атаман Смага Чертенский с товарищами. Чтобы унизить посланцев Боярской думы, самозванец допустил к руке казаков раньше, чем бояр. Проходя мимо бояр, казаки ругали и позорили их. Самозванец милостиво разговаривал со Смагой. Затем к руке были допущены бояре, и Лжедмитрий «наказываше и лаяше, яко же прямый царский сын».

Боярина Телятевского практически выдали казакам на расправу. Казаки избили его до полусмерти и бросили в темницу.

Из Тулы Отрепьев отправился в Серпухов. Дворовыми воеводами при нем состояли князь И. В. Голицын и М. Г. Салтыков, ближними людьми — боярин князь В. М. Мосальский и окольничий князь Г. Б. Долгоруков, главными боярами в полках — князь В. В. Голицын, его родственники князь И. Г. Куракин, Ф. И. Шереметев, князь Б. П. Татев, князь Б. М. Лыков. Из Серпухова на встречу Лжедмитрия выехали князья Ф. И. Мстиславский и Д. И. Шуйский, стольники, стряпчие, дворяне, дьяки и столичные купцы — гости.

В Серпухове самозванец организовал несколько пышных пиров для своих приближенных и московских бояр. В промежутках между пирами Лжедмитрий вел напряженные переговоры с боярами.

Еще в Туле самозванец издал манифест о своем восшествии на престол. Рассчитывая на неосведомленность большинства жителей Московского государства, Отрепьев врал, что он был узнан патриархом Иовом, всем Сященным собором, Боярской думой и прочими чинами как «прирожденный государь». 11 июня Лжедмитрий, будучи еще в Туле, на своей грамоте пометил: «Писана в Москве». Вместе с этим манифестом самозванец разослал по городам текст присяги. Это был сокращенный вариант присяги, составленной при воцарении Бориса Годунова и его сына Федора. Лжедмитрий использовал тот же прием, к которому прибегли Борис и его сын. Борис сразу же после смерти царя Федора Ивановича велел принести присягу на имя вдовы его, царицы Ирины, и на свое имя. Федор Борисович в своей присяге тоже поставил на первое место вдовую царицу — свою мать.

Во время пребывания в Польше и северских городах России Лжедмитрий ни разу не упомянул о своей матери Марии Нагой, заточенной в горицком Воскресенском женском монастыре под именем инокини Марфы. Теперь ситуация изменилась. Отрепьев знал о ненависти инокини Марфы к Годуновым и поэтому рассчитывал на ее признание.

Самозванец велел разыскать Нагих или их родственников. Нашли лишь отдаленного родственника Марии Нагой дворянина Семена Ивановича Шапкина. В Туле Отрепьев торжественно произвел Шапкина в постельничие, заявив, что «он Нагим племя». Затем Шапкин с эскортом был экстренно направлен в горицкий монастырь.