Днем 25 октября стало совершенно очевидно, что единственным очагом сопротивления восставшим остается Зимний дворец, охрану которого осуществляли два отряда казаков и юнкеров (900 сабель и штыков) под руководством капитана П.А. Пальчинского. Около 19 часов солдаты Кексгольмского и Павловского полков и отряды балтийских моряков и красногвардейцев, численность которых, по разным оценкам, составляла от 11 до 20 тысяч штыков, завершили окружение Дворцовой площади и Зимнего дворца. После окончания этой операции членам Временного правительства был предъявлен ультиматум о сдаче, который был ими отклонен. В этой ситуации для устрашения казаков и юнкеров, продолжавших защищать Зимний дворец и его обреченных обитателей, по зданию бывшей царской резиденции был открыт орудийный, а затем ружейный и пулеметный огонь.
В 22 часа 30 минут в Таврическом дворце начал свою работу II Всероссийский съезд Советов. Попытка Ф.И. Дана, Ю.О. Мартова и ряда других лидеров эсеров и меньшевиков создать «Комиссию по примирению враждующих сторон» была отклонена большинством делегатов съезда. В этой ситуации эсеры и меньшевики пошли на совершенно необдуманный шаг: они покинули заседание съезда, полностью отдав контроль над ним большевикам и левым эсерам.
26 октября — около часа ночи по приказу комиссаров ВРК В.А. Антонова-Овсеенко и Г.И. Чудновского начался «штурм» Зимнего дворца, который завершился уже в 2 часа ночи арестом большинства членов Временного правительства, находившихся в Малой гостиной дворца: М.В. Бернацкого, К.А. Гвоздева, Н.М. Кишкина, М.И. Терещенко, А.И. Коновалова, С.Н. Третьякова, П.Н. Малянтовича, С.Л. Маслова, С.Н. Прокоповича, С.С. Салазкина и И.Г. Церетели и заточением их в Петропавловскую крепость.
В 4 часа ночи возобновил свою работу II Всероссийский съезд Советов, делегаты которого по докладу А.В. Луначарского проголосовали за декрет «О власти», в котором заявлялось о свержении Временного правительства и взятии Всероссийским съездом советов солдатских и рабочих депутатов всей полноты государственной власти в стране.
Затем в работе съезда был объявлен перерыв, во время которого состоялось совместное заседание ЦК РСДРП(б) и партийной фракции съезда, где обсуждались написанные В.И. Лениным проекты декретов «О мире» и «О земле». Вечером 26 октября состоялось второе заседание II Всероссийского съезда Советов, на котором были приняты три важнейших решения:
1) По докладу Л.Д. Троцкого было принято решение о создании до созыва Учредительного собрания Временного Советского правительства — Совета Народных Комиссаров в следующем составе: председатель Совнаркома — Владимир Ильич Ульянов (Ленин), нарком иностранных дел — Лев Давыдович Бронштейн (Троцкий), нарком внутренних дел — Алексей Иванович Рыков, нарком финансов — Иван Иванович Скворцов (Степанов), нарком по делам национальностей — Иосиф Виссарионович Джугашвили (Сталин), нарком земледелия — Владимир Павлович Милютин, нарком по делам промышленности и торговли — Виктор Павлович Ногин, нарком труда — Александр Гаврилович Шляпников, нарком юстиции — Георгий Ипполитович Оппоков (Ломов), нарком продовольствия — Иван Адольфович Теодорович, нарком почт и телеграфов — Николай Павлович Авилов (Глебов), нарком просвещения — Анатолий Васильевич Луначарский и наркомат по военным и морским делам в составе Владимира Александровича Овсеенко (Антонов), Николая Васильевича Крыленко и Павла Ефимовича Дыбенко.
В советской исторической науке традиционно утверждали, что первое советское правительство сплошь и рядом состояло из блестяще образованных людей, члены которого знали несколько иностранных языков и закончили ведущие университеты страны. Однако, как верно отметили многие западные советологи (С. Коэн, Н. Верт) и ряд российских историков (Ю. Емельянов), подавляющая часть большевиков в годы своей тревожной юности, которая отличалось бессистемным обучением и чтением положительно всего и вся, отменно усвоили лишь политическую риторику и идеологическую софистику, и в силу этого печального обстоятельства были не способны расширить свой политический горизонт за пределы марксистской социалистической доктрины.