Стихийное движение нарастало лавинообразно. 24 февраля бастовало более 200 тыс. человек, а 25-го — уже более 300. К рабочим присоединились другие слои городского населения. Правительство «проснулось» лишь 26 февраля: полиция и войска стреляли в демонстрантов, число убитых и раненых составило 30 человек. Это не только подхлестнуло рабочих, но и вызвало перелом в армейской среде. Утром 27 февраля начались солдатские бунты в элитных полках, и к вечеру 70 тыс. солдат из 200-тысячного Петроградского гарнизона были на стороне революции. 28 февраля антиправительственное движение в столице приобрело всеобщий характер. В распоряжении командующего Петроградским военным округом генерала С. С. Хабалова остался лишь небольшой по численности и неспособный влиять на ситуацию отряд. Толпы солдат и рабочих заполнили улицы города. Начались погромы полицейских участков наряду с магазинами и продовольственными складами. Захват арсеналов привел к увеличению числа вооруженных людей. Питер оказался во власти неконтролируемой революционной стихии. Гнев восставших обрушился на полицейских, офицеров, которых вылавливали и не просто избивали, а порой расстреливали на месте. Объектами насилия становились и представители обеспеченных слоев общества. Восставшие захватили Дом предварительного заключения и здание окружного суда. На волю выпускались не только политические заключенные, но и уголовники. Современники констатировали, что в столице фактически не было никакой власти.
Уже в первые дни столкновений возникла идея создания Совета рабочих депутатов. К вечеру 27 февраля в Таврическом дворце был сформирован Временный исполком Петроградского Совета рабочих депутатов, который обратился к рабочим и солдатам города с призывом выбирать депутатов в Петросовет. Вскоре прибыли примерно 250 депутатов, которые и сформировали Исполком Совета в составе 15 человек. Все они были социалистами (социал-демократами и эсерами). Председателем стал лидер социал-демократической фракции Думы меньшевик Н. С. Чхеидзе, его заместителями — трудовик А. Ф. Керенский и меньшевик М. И. Скобелев. В состав Исполкома вошли также большевики П. А. Залуцкий и А. Г. Шляпников. Группировавшиеся вокруг Петросовета политические силы стали называть себя представителями «революционной демократии». Первое, чем занялся Совет, было решение проблем обороны и продовольственного снабжения.
Одновременно с созданием Петроградского Совета лидеры либеральных партий в Государственной думе образовали 27 февраля «Временный комитет членов Государственной думы для водворения порядка в столице и для сношения с лицами и учреждениями». Комитет возглавил председатель Думы М. В. Родзянко. в него вошли лидеры Прогрессивного блока, а от революционной демократии — Н. С. Чхеидзе и А. Ф. Керенский. Временный комитет попытался перехватить политическую инициативу, с одной стороны, стремясь стабилизировать обстановку в столице и в провинции, а с другой — оказывая давление на царя, добиться от него уступок в сфере организации власти. Первоначально требовали создания ответственного перед Думой министерства, но затем стали настаивать на отречении Николая II в пользу сына при регентстве великого князя Михаила Александровича.
Находившийся в могилевской Ставке царь все дни, с 24 по 27 февраля, получая несвоевременную и неполную информацию, полагал, что в столице происходят лишь «беспорядки». Поэтому и приказал направить в Петроград для подавления волнений генерала Н. И. Иванова, наделив его, по сути, диктаторскими полномочиями. Намерения Николая II первоначально разделял начальник штаба Ставки генерал М. В. Алексеев, который, однако, вскоре изменил свою точку зрения и солидаризировался с позицией Временного комитета Государственной думы. Алексеев приказал Иванову воздержаться от силовых методов наведения порядка, а к вечеру 28 февраля, заручившись поддержкой командующих фронтов, убедил царя согласиться на формирование правительства, ответственного перед Думой. Если бы события не получили дальнейшего развития, то Россия превратилась бы в конституционную монархию. Однако уступки запоздали, а находившиеся в Петрограде политики были настроены более решительно.
Уже 28 февраля все в столице осознавали, что в стране происходит революция. Город и его важнейшие объекты (Зимний дворец, Адмиралтейство, Петропавловская крепость, телеграф, вокзалы и др.) находились в руках восставших солдат и вооруженных рабочих. Царское правительство ушло в отставку, некоторых министров арестовали. Вслед за этим в ночь с 1 на 2 марта в переговорах между Временным комитетом Государственной думы и Исполкомом Петросовета была достигнута договоренность об образовании Временного правительства во главе с популярным земским деятелем князем Г. Е. Львовым.
В этих условиях руководимый М. В. Родзянко думский комитет ужесточил свою позицию на переговорах с царем и уже настоятельно требовал его отречения. К этому же стали склоняться и военные: все командующие фронтов полагали, что избавление страны от непопулярного царя остановит революцию, восстановит власть и порядок в стране и армии. После некоторых колебаний Николай в 15.00 2 марта 1917 г. отрекся за себя и за своего сына от престола в пользу великого князя Михаила Александровича. Однако 3 марта и тот отказался от принятия престола без согласия Учредительного собрания. Монархия в России перестала существовать.
Раскрепощение революционной стихии, начало самоорганизации масс. Февральская революция обнажила небывалые по глубине социально-экономические, политические и духовные противоречия России начала XX столетия. Огромная страна была поднята «на дыбы», события развивались стремительно, подчиняясь своей логике. Лишенные сдерживающих начал режима, рухнувшего в одночасье, самые различные социальные группы поспешили заявить о своих интересах, о безотлагательном решении накопившихся проблем. Все это привело к активизации существовавших и появлению новых организаций, объединений, которые стремились оказывать давление на зыбкую пока еще власть.
Вслед за Петроградом по всей стране стали возникать Советы. В марте 1917 г. только в губернских, уездных и промышленных центрах их было создано около 600. Опираясь на поддержку масс, они действовали как органы народовластия: отменяли распоряжения и приказы бывших царских чинов, производили аресты полицейских и жандармов, регулировали зарплату рабочих, вводили явочным порядком 8-часовой рабочий день, руководили снабжением населения продовольствием, решали другие экономические вопросы. Возникновение большого числа Советов и значительный размах их деятельности объективно диктовали необходимость координации их усилий. Поэтому в конце марта — начале апреля в Петрограде было проведено Всероссийское совещание Советов рабочих и солдатских депутатов. На основе его решений началось создание областных объединений Советов: к осени 1917 г. их было в России 13. Совещание избрало представителей в исполком Петросовета, который до созыва съезда стал центральным органом Советов страны.
Огромное значение для будущего России имели происходившие в армейской среде процессы. На основе «приказа № 1» Петроградского Совета (издан 1 марта) в войсках началось формирование ротных, батальонных, полковых — вплоть до армейских — солдатских комитетов. Наиболее важным в приказе был третий пункт, предписывающий воинской части во всех политических выступлениях подчиняться Совету рабочих депутатов и своим солдатским комитетам. Этим подрывался основной принцип функционирования армии — единоначалие. Не командиры, а солдатские комитеты становились реальными хозяевами воинских частей. Армия из важнейшего государственного института превращалась в мощный инструмент политической борьбы.
Создание стройной системы солдатских организаций завершилось в мае 1917 г. Число солдатских комитетов на фронте приближалось к 50 тыс., в них состояло до 300 тыс. солдат и офицеров. Высокой степенью организованности отличались моряки Балтийского флота. В конце апреля они создали Центробалт (Центральный комитет Балтийского флота) — высший выборный орган матросских масс. Его возглавил большевик П. Е. Дыбенко. На состоявшемся I съезде Балтийского флота в июне был принят устав, согласно которому Центробалт становился высшей инстанцией флота. Без его санкции ни один приказ командования (кроме оперативных) или Временного правительства не имел силы.