С первых часов провозглашения Съезда Советов высшим органом власти, в Петрограде образовалось альтернативное правительство — Комитет спасения Родины и революции. Его штабом стала Петроградская городская дума. Нередко этот Комитет изображают как собрание оторванных от жизни интеллигентов, собиравшихся бороться с большевиками лишь резолюциями протеста, прокламациями да статьями в печати. Но это была только верхушка айсберга. Настоящая работа велась подпольно. При Комитете спасения действовала военная организация, готовившая выступление юнкеров военных училищ и казачьих полков (сохранивших нейтралитет во время свержения Временного правительства). Одновременно велась бурная агитация в остальных воинских частях петроградского гарнизона с тем, чтобы они оставались нейтральными.
Выступление приурочивалось к моменту, когда Керенский с войсками подойдет к столице. Однако заговор был раскрыт большевиками. Поэтому мятеж начался преждевременно в ночь с 28 на 29 октября 1917 г. Временные успехи восставших были быстро парализованы оперативными действиями большевиков. Утром 29 октября верные большевикам части гарнизона окружили юнкерские училища сильными воинскими нарядами с артиллерией и предложили юнкерам разоружиться. Отдельные училища оказали сопротивление, которое было энергично подавлено в тот же день. Казакам большевики не решились предъявить такого ультиматума, но угрозой применения силы удержали казаков от выступления. В этих боях погибло уже несколько сот человек.
Сам Керенский шел на Петроград во главе 3-го конного корпуса. Этим корпусом до корниловских дней командовал Крымов. После — его командиром был назначен генерал-майор П.Н. Краснов (впоследствии — одно из крупных действующих лиц русской смуты). Краснов был монархистом, ненавидел Керенского и представляемый им режим. Он не испытывал никакого желания бороться за возвращение к власти Керенского, разделяя в тот период заблуждение многих в правых кругах, что большевики дискредитируют себя и свалятся сами. Но, вероятно, не считал нужным открыто выступать против Керенского, так как это означало бы формально встать на сторону большевиков. Краснов позволил привести 3-й конный корпус под Петроград, чтобы на месте решить, как дальше действовать.
Нужно снова отметить незаурядные энергию и талант убеждения у Керенского. В этой своей последней битве за власть он проявил недюжинные способности. В отличие от военных Корнилова и Крымова двумя месяцами ранее, штатский «фигляр» Керенский сумел довести 3-й конный корпус до предместий Петрограда! Но в боях у Красного Села и на Пулковских высотах 30—31 октября революционные рабочие и солдаты Петрограда дали сокрушительный отпор казакам, которые не очень-то понимали, зачем их сюда привели. Сражаться за Керенского им хотелось не больше, чем их командиру. После этих первых боев в рядах казаков началась деморализация, подогреваемая Красновым, избравшим тактику тихого саботажа всего предприятия Керенского. Краснов не препятствовал общению своих подчиненных с парламентерами от большевиков. В то же время он убедил Керенского в том, что казаки не желают драться и что бывшему премьеру лучше скрыться, что тот и сделал.
В эти же дни ниш ожесточенные бои за власть в Москве. С 25 октября большевистский Военно-революционный комитет (ВРК) вел переговоры с командующим Московским военным округом. Обе стороны одновременно использовали это время для мобилизации сил. Однако 28 октября антибольшевистские силы неожиданно захватили Кремль, вынудив сложить оружие расположенный там просоветский гарнизон. В ответ ВРК начал активные военные действия, однако несколько дней явного перевеса не было ни у одной из сторон. Только 2 ноября советские силы установили контроль над городом.
Завоевание большевиками власти в обеих столицах еще не означало взятия полноты власти по всей стране. Среди «попутчиков» большевиков продолжались сильные колебания, способные в любой момент обрушить новую власть. Однако 15 (28) ноября 1917 г. между большевиками и левыми эсерами было, наконец, достигнуто соглашение о правительственной коалиции. Большинство мест в Совнаркоме (13 из 20, включая пост председателя), в том числе ключевые посты (наркомов иностранных дел, внутренних дел, военных и морских дел), остались за большевиками. ЦИК Советов теперь избирался на паритетных началах от рабочих и солдатских Советов и от крестьянских Советов.
После этого новая власть установила контроль за Ставкой ВГК, где Духонин вместе с либералами и «умеренными» социалистами пытался организовать антибольшевистское правительство. Но реальной силы за ними не было. 20 ноября (3 декабря) 1917 г. в Могилев прибыл член коллегии наркомов по военным делам прапорщик Николай Крыленко. На его сторону сразу перешел гарнизон Могилева. Крыленко арестовал Духонина, чтобы доставить его на суд в Петроград, но не смог спасти его от ярости солдатской толпы. Последний Верховный Главнокомандующий Русской армией был убит на месте. Старая Ставка прекратила свое существование.