Тим часом у Петрограді 24 липня (6 серпня) закінчилося формування другого коаліційного уряду під головуванням О. Керенського, а вже наступного дня розпочався так званий Корніловський заколот.
Суть заколоту полягала в тому, що 25 серпня (7 вересня) верховний головнокомандувач російської армії генерал Лавр Георгійович Корнілов послав війська, зокрема 3-й кінний корпус генерала Кримова, на Петроград, зажадавши відставки Тимчасового уряду та виїзду Керенського з країни. Міністри-кадети, у свою чергу, 27 серпня (9 вересня) подали у відставку на знак солідарності з Корніловим. У відповідь на заколот Керенський оголосив Корнілова бунтівником і усунув з посади верховного головнокомандувача, приготувавшись до протистояння. Тим часом ЦК РСДРП(б) звернувся до робітників і солдатів Петрограда із закликом стати на захист революції. За три дні до загонів червоної гвардії записалося 15 тисяч петроградських робітників. Окрім червоногвардійців проти військ Корнілова були відправлені солдати революційних частин петроградського гарнізону і моряки Балтійського флоту. Крім того, більшовицькі агітатори розкладали зсередини вірні Корнілову частини. Слід зауважити, що кожне слово посланців Леніна знаходило розуміння серед людей, втомлених довгою і кровопролитною війною. Так, вони стомилися і хотіли лиш одного – покинути зброю і повернутись до своїх домівок. Хіба ж могли солдати, котрі слухали більшовицьких агітаторів, здогадуватися що ті зовсім скоро кинуть їх у вир ще кривавішої війни?
А Петроград активно готувався до оборони. Завдяки спільним зусиллям більшовиків і Тимчасового уряду до ЗО серпня (12 вересня) рух корніловців було зупинено. Генерал Кримов застрелився, а генерали Корнілов, Лукомський, Денікін, Марков, Романовський, Ерделі та інші були заарештовані. Ранком 31 серпня (13 вересня) у Петрограді було оголошено про придушення заколоту.
Корніловський заколот зіграв у першу чергу на руку саме більшовикам і В. Леніну. Він призвів до радикалізації Рад та їх переходу на бік більшовиків, які тепер відчули, що цілком здатні взяти владу в Російській імперії до своїх рук. На захист такого твердження свідчить хоча б такий факт: якщо на час заколоту більшовики контролювали Ради Іваново-Вознесенська, Риги, Кронштадта, Орєхово-Зуєва, Красноярська, Катеринослава і Луганська, то в результаті перевиборів до Рад, кампанія на користь яких була розгорнута більшовиками після заколоту Корнілова, вони отримали більшість ще й у Радах Брянська, Самари, Саратова, Царицина, Мінська, Києва, Ташкента та інших міст. Станом на 1 (14) вересня ВЦВК Рад отримав від 126 місцевих Рад вимогу взяти владу, і навряд чи слід пояснювати, якою політичною силою така вимога була ініційована. І хоча Ради селянських депутатів були більшовизовані поки що меншою мірою, до їхньої думки не надто прислухались – більшовики знову висунули гасло «Вся влада Радам!».
У змаганні за електорат значною мірою допомагали більшовикам такі гасла, як «Мир – народам», «Земля – селянам», «Фабрики – робітникам». Удаючись до банального популізму, РСДРП(б) успішно застосовувала ці формули, добре розуміючи, чого найбільше потребує стомлена війною і політичною кризою країна. І вибір більшовиків виявився правильним. Завдячуючи саме їхнім зусиллям, Тимчасовий уряд від початку вересня 1917 року почав агонізувати.
1 (14) вересня Тимчасовий уряд, не чекаючи на рішення Установчих Зборів, проголосив Росію республікою. Зі свого складу уряд виділив Директорію, або Раду П'яти, на чолі з О.Ф. Керенським. Зазначена Рада не мала в своєму складі кадетів, яких було звинувачено в інспірації Корніловського заколоту. ВЦВК, що перебував під контролем есерів і меншовиків, скликав 14 (27) вересня Демократичну нараду, яка включала делегатів від Рад, профспілок, організацій армії і флоту, кооперацій, національних установ тощо. Рішенням Демократичної наради 25 вересня (8 жовтня) було створено новий коаліційний уряд у складі 6 міністрів-капіталістів і 10 міністрів-соціалістів.
Справжній крах Російської імперії розпочався дещо пізніше. На початку жовтня Керенський зробив нову спробу замінити «ненадійні» військові частини, які перебували у столиці. Скоріш за все, не розуміючи, до яких наслідків ця спроба призведе, голова Тимчасового уряду видав наказ про відправлення на фронт двох третин Петроградського гарнізону. І наслідки не забарились – наказ Керенського відразу ж спровокував конфлікт між урядом та столичними полками, які, звичайно ж, не бажали вирушати на фронт. Саме з цього конфлікту, як стверджував згодом Лев Троцький, фактично і розпочалося повстання, яке згодом радянська пропаганда нарече Великою Жовтневою соціалістичною революцією. Але про все за порядком.
Одразу після виходу наказу Керенського депутати петроградської Ради від гарнізону апелювали до Ради, робоча секція якої виявилася так само мало зацікавленою в ротації військових частин, як і самі солдати. 18 жовтня Рада представників полків, за пропозицією Троцького, прийняла резолюцію про непідкорення гарнізону Тимчасовому уряду. Згідно з цим рішенням, виконуватися могли тільки ті накази штабу військового округу, які були підтверджені солдатської секцією петроградської Ради.
Слід сказати, що намір очолити збройне повстання більшовики висловили ще на VI з'їзді партії, на початку серпня 1917 року. Але тоді загнана в підпілля більшовицька партія була позбавлена можливості підготувати заколот. Робітники, які співчували більшовикам, були роззброєні, а їхні військові організації – оголошені поза законом. Крім того, Тимчасовий уряд, розуміючи всю небезпеку, яку таїли підконтрольні більшовикам полки петроградського гарнізону, дали наказ їх розформувати. Можливість знов озброїтися з'явилась у більшовиків лише в дні Корніловського заколоту, але одразу після його придушення ті, хто готував збройний путч, на деякий час зменшили активність, покладаючи надії на мирний розвиток подій. Лише в 20-х числах вересня, після того, як більшовики очолили петроградську і московську Ради, після провалу Демократичної наради, В. Ленін знову заговорив про повстання, тож 10 (23) жовтня Центральний Виконавчий Комітет прийнятою резолюцією поставив питання необхідності збройного перевороту на порядок денний. 16 (29) жовтня розширене
засідання ЦБК, за участю представників районів, підтвердило своє рішення. Ще раніше, 9 (22) жовтня 1917 року, праві соціалісти внесли на засідання петроградської Ради пропозицію створити Комітет революційної оборони для захисту столиці від німецької регулярної армії, яка у той час небезпечно наблизилась до столиці. За задумом ініціаторів створення Комітету, новостворений орган повинен був залучити й організувати робітників для активної участі в обороні Петрограда. Більшовики швидко скористались такою сприятливою для них нагодою, вбачаючи у ній можливість легалізації робочої червоної гвардії, її озброєння та навчання.
Здобувши більшість у петроградській Раді, ліві соціалісти фактично відновили в країні двовладдя, і протягом двох тижнів дві влади відкрито мірялися силами: Тимчасовий уряд наказував полкам виступити на фронт, а Рада призначала перевірку наказу і, встановивши, що продиктований він не стратегічними, а політичними мотивами, наказувала полкам залишатися в місті. Командувач військового округу забороняв видавати робітникам зброю з арсеналів Петрограда й околиць, а Рада виписувала ордер, і зброя видавалася.
У відповідь на такі дії більшовиків Тимчасовий уряд спробував озброїти своїх прихильників гвинтівками з арсеналу Петропавлівської фортеці, але інформація про ці дії швидко поширилась містом, і Рада використала свої повноваження для припинення видачі зброї. Закріплюючи свій успіх, 21 жовтня Рада солдатських депутатів у прийнятій резолюції визнала себе єдиною легітимною владою. У відповідь на такий крок Керенський намагався викликати до столиці війська з фронту і з віддалених військових округів, але досить скоро він зрозумів, що його задум приречений на провал. Військових частин, які зберігали вірність Тимчасовому уряду, було тепер ще менше, ніж у серпні. І хоч командири дивізій і полків виконували накази Керенського, представники петроградської Ради зустрічали колони вояків на далеких підступах до столиці, після чого одні з них повертали назад, інші поспішали до Петрограда уже як прихильники Ради.