“七月流血事件”使临时政府暂时度过了危机，但是更大的危机又接踵（zhpong）而至：国内政局混乱，经济状况糟糕，铁路运输瘫痪，失业人数剧增，工人、士兵和农民对“面包、土地、和平”的需求更加迫切。面临这些问题，临时政府一筹莫展，终于导致“科尔尼洛夫叛乱”的发生。
8月中旬，俄军最高总司令科尔尼洛夫将军，公然要求政府授予军队“整顿国内秩序”的权力；哥萨克首领卡列金将军也趁机要挟政府，解散苏维埃和士兵委员会。在遭到拒绝后，他们便打着“祖国拯救者”的旗号，于8月25日率军向首都推进，企图用武力强迫临时政府交权，然后在俄国建立军事独裁统治。
为粉碎科尔尼诺夫叛乱，临时政府被迫恢复了布尔什维克党的合法地位。在布尔什维克的配舍下，在工人和士兵的援助下，临时政府平息了科尔尼洛夫发动的军事叛乱。
科尔尼洛夫叛乱被平息后，临时政府的力量大大削弱，在民众中的威信一落千丈。实际上，它已处于四面楚歌的境地：前线的士兵成批地开小差，不愿意打仗；国家经济崩溃；工人罢工、农民暴动愈演愈烈；政府内讧频繁。相反，布尔什维克党在民众中的威信空前提高。在许多城市，如彼得格勒、莫斯科以及其他各地区，工人们早已突破政府的禁令，自发地组织赤卫队，要求布尔什维克党领导他们发动起义。
列宁当时隐匿在芬兰，不能与外界直接联系，但是对科尔尼洛夫叛乱后的局势却了如指掌。他不断地写信给中央委员会，指出：“在科尔尼洛夫叛乱后，我反复研究和对比了布尔什维克党和临时政府的力量，认为党领导人民发动武装起义，推翻临时政府的条件已经成熟。我相信，党一旦发动起义，就一定能够取得胜利！”
中央委员会在接到列宁的信件以后，曾多次举行会议，反复讨论。在该不该起义的问题上，大家的立场基本上一致。但是在起义时间的把握上却出现了不同的意见。季诺维也夫和加米涅夫认为，“临时政府的力量还比较强大，如果贸然行动，将给党的事业带来不可挽回的损失。”其他人则犹豫不决，认为时机还不成熟，最好等到十月底全俄苏维埃第二次代表大会召开之后。因此，中央委员会迟迟没有就起义的准确时间做出决断。
列宁在了解到这一情况后，焦急万分。他接连写信告诫中央：“要设法制止反对起义的意见！在革命的关键时刻，党必须以旺盛的精力，闪电般的决断，火一样的热情，钢铁般的意志，团结党的队伍，准备一场决定性的战斗！拖延就是犯罪，时间不容许我们拖延了！要坚信，我们能够而且应当向彼得格勒进军，打垮反动军队，推翻克伦斯基政府，建立苏维埃政权！”
9月21日，在列宁的敦促下，布尔什维克党中央委员会再次开会讨论起义的时机问题。当列宁听说在这次会议上依然有人“反对立即起义”的消息后，怒不可遏。他写信痛斥说：“现在的几个星期，甚至几天就可能决定我们是胜利还是死亡。因为在愚蠢地‘等待’起义日期到来之前，临时政府就已经调来哥萨克部队。到那时候，我们要夺取政权，就不可能了。所以‘等待’是十足的白痴；是放弃夺权；是畏缩不前的彻底的背叛！如果中央不在最近几天内下决心，我将正式提出退出中央委员会的请求！”
10月3日，党中央举行会议，终于通过了武装起义的决定。为了保证起义的成功，列宁于10月10日（公历10月23日）打扮成绅士模样，不顾随时被临时政府逮捕的危险，从隐蔽地返回。他一回到彼得格勒，就直奔党中央委员会办公地，亲自领导起义的准备工作。随后，他主持召开了彼得格勒苏维埃执行委员会举行秘密会议，成立了军事革命委员会，作为指挥十月武装起义的总司令部。
10月29日（俄历10月16日），列宁主持召开了中央委员会扩大会议，确定起义的具体时间。列宁在会上慷慨陈词：“临时政府已在调兵遣将对付我们。严峻的形势摆在我们面前：或者是他们逮捕我们；或者是我们摧毁他们。我们必须作出抉择！”
作为中央委员的季诺维也夫和加米涅夫又起来反对说：“布尔什维克应该待机而动，不可冒险，因为没有适合于起义的人力和物力。”他们的意见被否决了。中央委员会通过决议，把起义日期正式定为11月7日。同时，号召各级党组织和军事指挥人员，为武装起义做一次最英勇、最缜密的准备。
就在中央确定了起义日期的关键时刻，季诺维也夫和加米涅夫竟然在高尔基主编的《新生活报》上发表了一个声明，反对布尔什维克中央关于即刻起义的决定。他们说：“我们深信，宣布在近日内举行起义是冒险的、绝望的行动，注定会失败。这是拿党的命运作赌注！”这个声明实际上把起义的秘密泄露给了敌人，使敌人有可能及时扑灭革命。
列宁在看到季诺维也夫和加米涅夫的声明以后，简直不敢相信。他当即写了一封《给布尔什维克党党员的信》，痛斥季诺维也夫和加米涅夫的行为是一种闻所未闻的工贼行为，是“难以形容的卑鄙和无耻！过去我同这两个同志的关系很密切，如果我为此而忧虑，却不能坚决谴责他们，那将是我的最大耻辱。我直率地说，我不再把他们两个当同志了，我要尽力向中央提出，无论如何要把他们开除出党！”
11月2日（俄历10月20日），党中央就这一突然事件举行了紧急会议。大多数中央委员都强烈谴责季诺维也夫和加米涅夫的背叛行为。主张给予他们最严厉的处分，直至开除党籍。但是由于斯大林予以袒护，加之季诺维也夫和加米涅夫承认了错误，中央才对他们做出了从宽处理的决定：保留其党籍，令其自行辞去中央委员的职务。
季诺维也夫和加米涅夫的行为，丝毫没有动摇列宁的决心。11月3日（俄历10月21日），列宁在彼得格勒的一个秘密地，写信指示中央委员会：“除非又发生意想不到的事情，否则，起义日期不要改变，既定方针照样执行。”随信发出的还有一份他草拟的起义计划：“起义队伍的参谋部必须立即组织起来，力量不要分散，可靠的队伍必须布置在最重要的战略据点，武装工人必须动员起来，彼得格勒绝不能放弃，电报局和电话局必须占领，临时政府的参谋本部及其重要人物必须全部逮捕……”
可是就在这时，又出现了问题。临时政府由于接到一个叛徒的密报，掌握了布尔什维克发动起义的日期。为了先发制人，粉碎布尔仟维克的行动计划，它开始加紧向首都调集军队。在这千钧一发之际，列宁当机立断，指示军事革命委员会，把原定在11月7日发动起义的日期，提前到11月6日（俄历10月24日），以便赶在临时政府尚未动手之前，给它以突然的打击。
11月6日一早，列宁给中央委员们写了一封十万火急的信件。其中说：“我主张立即发动起义，就从今天上午开始！参加起义的三支主力——工人、海军和陆军紧密配合，首先占领电报局、电话局、火车站和桥梁。那些最坚定的革命者——突击队员、青年工人和优秀水兵，也应当分成小分队，去占领敌人的中枢机关。‘宁可全体牺牲，绝不放过敌人！’这句话应该成为我们的口号。”信的末尾特别强调：“无论如何必须在今晚逮捕政府人员，解除官兵的武装，如果他们抵抗，就消灭他们。不能等待了！等待会丧失一切！历史不会饶恕那些拖延时间的革命者，他们本来可以在今天获得胜利，却要拖到明天，冒着丧失一切的危险。我再重复一遍：一定要在今晚解决问题！临时政府正在动摇。必须不惜任何代价彻底击溃它！拖延发动就等于死亡！”
当天上午，以托洛茨基（二月革命后转变立场，忠于列宁的思想，6月加入布尔什维克党）为主席的军事革命委员会遵照列宁的指示，没有迟疑、没有拖延，立即下令起义部队行动起来。
在托洛茨基的指挥下，战斗迅速在首都的各个据点全面展开。为加快起义步伐，列宁于当天夜晚决定到斯莫尔尼宫，坐镇指挥武装起义。警卫员拉希亚极力劝说他不要冒险，但是他执意要去。出于安全，两人略微化了装。列宁身着一件破大衣，脸上裹着脏兮兮的绷带，头戴一顶鸭舌帽，而拉希亚则打扮成一个典型的流浪汉。两人一前一后快步向齐尧大桥走去。
桥的一头由工人赤卫队员守卫着，他们顺利通过了。走到桥的另一端，发现守桥的是临时政府的哨兵。哨兵要求过路人出示通行证，一些被拦阻的人正在同他们争吵。列宁和拉希亚趁吵闹之机，悄悄从岗哨旁边急速走过，再转向什帕列拉大街。正走着，迎面来了两个骑马的官兵，看见列宁和拉希亚，大声命令：“站住，通行证！”“您前面走，我一个人来对付他们。”拉希亚把手按在腰间插的两支手枪上，低声对列宁说了一句，然后冲着官兵故意和他们吵起架来。列宁低着头，若无其事地从旁边走过去。官兵一看拉希亚是个流浪汉，没再理睬他。拉希亚快步赶上列宁，巧妙地越过好几处岗哨，终于来到党中央办公地——斯莫尔尼宫。由于没有出入证，他们被哨兵拦住，直到中央负责同志出来作证。
列宁一进入斯莫尔尼宫，就接管了武装起义的指挥权。夜里，他通宵达旦地工作，不时地向坚守在各个岗位上的指挥员询问情况，下达战斗命令：“中央电话局和电报局拿下了没有？”“通向涅瓦河上的大桥占领了没有？”“火车站、军工厂、弹药库、中央银行是否已被我们控制？”“临时政府的增援部队离首都有多远？”“必须在明日凌晨前完成你们所担负的战斗任务！”
11月6日（俄历10月24日）夜晚，赤卫队依照列宁的命令，占领了尼古拉火车站、波罗的汽车站、中央发电站、中央电报总局，7日凌晨1点钟左右，又夺取了国家银行和国家电话总局等战略要地。
11月7日（俄历10月25日）凌晨2时35分，彼得格勒工兵代表苏维埃在斯莫尔尼宫举行紧急会议。列宁在军事革命委员会主席托洛茨基的陪同下来到会场，受到了暴风雨般的热烈欢迎。虽然此时战斗还在继续，临时政府所在地的冬宫还没有被拿下，但是列宁仍然在会上激动地宣布：“彼得格勒武装起义胜利了，权力归于以军事革命委员会为代表的苏维埃！”
11月7日下午1点钟，临时政府的另一个所在地玛丽亚宫被起义者占领，“预备国会”被驱散，它的首脑们龟缩在冬宫，企图负隅顽抗。为了捣毁临时政府的最后一个巢穴，列宁命令战地指挥员安东诺夫和德宾科：“向临时政府发出最后通牒（die），限令他们在6点20分前投降！”临时政府借口要同前线大本营协商，故意拖延时间，拒不投降。晚上9时40分，军事革命委员会命令彼得保罗要塞的水兵，向冬宫开炮。预先停泊在涅瓦河畔的“阿夫乐尔”号巡洋舰也响起了大炮的轰鸣声。
接着，革命的士兵、水兵和赤卫队员冒着雨点般的枪弹，从四面八方涌向冬宫。他们突破了冬宫的外围防线，冲进大门，跃上楼梯，扫荡官兵，搜索了冬宫的1050个大小房间。
11月8日（俄历10月26日）凌晨1点50分，突击队员们在安东诺夫的率领下，冲进了临时政府部长们隐匿的房间。安东诺夫紧握手枪，对准吓得瑟瑟发抖的部长们，高声说：“现在，我代表彼得格勒军事革命委员会宣布：临时政府被推翻了，你们被捕了！”随即他们被押往彼得保罗要塞。
彼得格勒十月武装起义胜利了。