Около 7 часов вечера 3 июля пулеметчики заняли Финляндский вокзал, подходы к Троицкому и Литейному мостам. К ним присоединились рабочие Выборгского района, солдаты Московского полка и других частей. В Михайловском училище выступившие силой захватили 4 орудия. Очевидец рассказывает: «Под красными знаменами шли только рабочие и солдаты; не были видно ни кокард служащих, ни блестящих пуговиц студентов, ни шляпок «сочувствующих дам»». Вот другой очевидец: «Вид демонстрации был несомненно внушительный: артиллерия, оркестр московцев, плакаты с лозунгами «Долой 10 министров-капиталистов», «Вся власть Совету рабочих, солдатских и крестьянских депутатов», «Помни, капитализм, пулемет и булат сокрушат тебя», «Долой Керенского и с ним наступление» и, наконец, сопровождавшие шествие грузовики с пулеметами – все это производило значительный эффект на перепуганного обывателя и буржуазию».
Параллельно 3 июля прошел массовый митинг матросов, рабочих и солдат на Якорной площади в Кронштадте, инициированный делегацией от 1-го пулеметного полка. Делегаты явились в Морской манеж, где проходила лекция для матросов, сообщив собравшимся о начавшемся выступлении в Петрограде. Присутствовавшие на лекции разошлись по кораблям и через час начали митинг на Якорной площади… К участникам митинга обратились двое известных анархистов: член кронштадтского совета Х.З. Ярчук (вернулся в Россию из США) и Блейхман. Первоначально матросов пытались удержать от выступления Рошаль и Раскольников. В ответ на это раздались возгласы: «Мы здесь занимаемся разговорами, а в Петрограде на улицах льется кровь, надо браться за оружие и идти в Петроград!». Пытавшийся выступить Рошаль был заглушен криками и сошел с трибуны. После этого
Между тем, в Петрограде, вечером 3 июля демонстранты, разделившись на две колонны, направились к резиденциям обеих ветвей власти – Таврическому (Петроградский Совет) и Мариинскому (Временное правительство) дворцам. Главные лозунги дня – «Долой Временное правительство!» и «Вся власть Совету рабочих и солдатских депутатов!».
Основные силы «восставших» (в частности, солдаты 1-го пулеметного полка) сосредоточились вокруг Таврического дворца, где заседал исполком столичного Совета, а также на Невском проспекте. Представители исполкома заверили демонстрантов в том, что их политические требования будут рассмотрены на следующий день, и призывали их разойтись, однако рабочие и солдаты выразили готовность ждать, «требуя к утру осуществить передачу власти Совету Р. и С.Д.» тем более бесполезно. Около 9 часов вечера пулеметчики при оружии сами появились возле здания, где проходила общегородская конференция большевиков, и призывы большевистских ораторов вернуться в казармы встретили гневными криками «Долой!».
Около 11 вечера, когда колонны демонстрантов проходили мимо Гостиного двора, впереди раздался взрыв ручной гранаты и началась стрельба. Сразу застрочили пулеметы. Солдаты открыли ответный огонь. Были убитые и раненые. «Изучение всей массы взаимоисключающих друг друга газетных сообщений, документов и мемуаров, – заключал американский историк Алекс Рабинович, – наводит на мысль, что, вероятнее всего, в этом в равной степени повинны все воинственно настроенные демонстранты, провокаторы, правые элементы, а подчас и просто паника и неразбериха».