Источники сообщают о трех планах лишения Петра III короны. Все они не были оригинальными. Первый сводился к повторению процедуры свержения Брауншвейгской фамилии Елизаветой Петровной: арест императора в его покоях. Андреас Шумахер сообщил о другом плане, который допускал пролитие крови и повторял действия заговорщиков Циклера и Соковнина, покушавшихся на жизнь Петра Великого. Зная о пристрастии Петра III подражать своему деду Петру I, любившему тушить пожары, заговорщики планировали 2 июля поджечь крыло нового дворца. Когда император появится на пожаре, заговорщики должны были окружить его плотным кольцом, а кто-то из них — нанести смертельный удар в спину, после чего труп собирались бросить в одну из полыхавших комнат. Была готова и официальная версия — несчастный случай.
Автором третьего плана был Никита Иванович Панин. Осуществление его не было привязано к фиксированной дате. Ориентировочно в конце июля, когда император будет производить смотр гвардейским полкам перед отправкой их в датский поход, его надлежало арестовать.
Но все произошло вовсе не по плану. Строго говоря, это была импровизация, возникшая в результате непредвиденных событий. 26 июня капрал Преображенского полка спросил у поручика Измайлова, скоро ли свергнут императора. Измайлов донес о заданном вопросе секунд-майору Воейкову, а тот — полковнику Ушакову. В ходе открывшегося следствия было обнаружено недоброжелательное высказывание об императоре капитан-поручика Пассека. Вечером 27-го числа его взяли под стражу. Это событие и послужило сигналом для заговорщиков. Их поспешность, с одной стороны, объяснялась реальной опасностью раскрытия заговора. С другой стороны, братья Орловы, привыкшие действовать напролом, только и ждали случая, чтобы от разговоров перейти к делу.
О намерении совершить переворот стало известно Никите Панину и Кириллу Разумовскому. Последний распорядился печатать Манифест о восшествии на престол Екатерины Второй. Машина была запущена, а план действий тем не менее отсутствовал. Ясно было одно — начинать надо с провозглашения Екатерины императрицей, но она в эти часы находилась в Петергофе.
В полночь на 28 июня Алексей Орлов и Василий Бибиков направились в Петергоф. В шестом часу утра Орлов вошел в Монплезир, где спала Екатерина. «В мою комнату, — вспоминала императрица, — входит Алексей Орлов и говорит совершенно спокойным голосом: „Пора вставать, все готово, чтобы провозгласить вас“. Я спросила о подробностях, он сказал: „Пассек арестован“. Я не колебалась более». Екатерина наскоро оделась и вместе с камер-фрейлиной Шаргородской села в весьма скромную карету, запряженную парой лошадей. Бибиков и камер-лакей Шкурин пристроились на запятках, а Алексей Орлов — рядом с кучером. В пяти верстах от столицы путников встретил Григорий Орлов, в карету которого пересела императрица. Карета двинулась по направлению к канцелярии Измайловского полка. По сигнальному выстрелу из пистолета навстречу ей с криками «ура!» бежала радостно возбужденная толпа гвардейцев. Тут же полковой священник принял от измайловцев присягу новой императрице. Во главе толпы солдат, впереди кареты с Екатериной, верхом на коне, обнажив шпагу, ехал к Семеновскому полку его командир гетман Разумовский. Правда, часть офицеров пыталась удержать солдат на стороне Петра III, но эта попытка была решительно пресечена. Вскоре к заговорщикам присоединился и третий гвардейский полк — Преображенский. Огромная толпа солдат, смешавшись с петербургскими жителями, двинулась по Невскому к новому Зимнему дворцу. В пути под возгласы «ура!» Екатерина объявила об отмене датского похода.
В Зимнем дворце уже находились высшие чины государства, тотчас присягнувшие императрице. Затем был обнародован Манифест, объявлявший о вступлении Екатерины на самодержавный престол «по желанию всех наших верноподданных». Практически вся столица оказалась во власти императрицы. Следующая задача — привлечь на свою сторону полки и стоявший в Кронштадте флот. В Кронштадт, расположенный невдалеке от Ораниенбаума, летней резиденции императора, был послан адмирал Талызин с собственноручной запиской Екатерины: «Господин адмирал Талызин от нас уполномочен в Кронштадте; и что он прикажет, то исполнять».