Наступало время решительных действий. Утром 24 октября Н. И. Подвойский и В. А. Антонов-Овсеенко после консультационной встречи с секретарем ЦК Я. М. Свердловым дали гарнизону «Предписание № 1» Военно-революционного комитета, которым привели революционные части гарнизона в боевую готовность. Подвойский, подписывая днем приказы «за председателя» ВРК, привел в боеготовность Петропавловскую крепость, назначил А. Белышева комиссаром «Авроры», приказал 2-му пулеметному полку закрыть пути подхода юнкеров из Ораниенбаума и Петергофа, а Гренадерскому полку — подготовить команды для охраны мостов, соединяющих центр с рабочими районами.
ВРК поручил Н. И. Подвойскому, В. А. Антонову-Овсеенко и Г. И. Чудновскому выработку окончательного плана восстания. Они положили в его основу ленинский план: силами рабочих, флота и солдат окружить и отрезать Петроград, захватить телефонную станцию, телеграф, вокзалы, мосты, арестовать Генеральный штаб и Временное правительство.
Однако практические действия восставших еще не носили наступательного характера. В. И. Ленин, видя это, без санкции ЦК в десятом часу вечера, рискуя жизнью, пришел в Смольный и, как вспоминал Н. И. Подвойский, пустил машину восстания на полный ход. С этого момента Н. И. Подвойский стал председателем Военно-революционного комитета.
В ночь на 25 октября ЦК, ВРК и Военная организация действовали под руководством В. И. Ленина как единый механизм. Все нити восстания сходились в Смольный. К утру все ключевые объекты без боев и кровопролития оказались в руках восставших. Зимний и Мариинский дворцы, где заседали Временное правительство и Предпарламент, были окружены. Керенский под прикрытием дипломатической машины с американским флажком бежал. Военно-революционный комитет в написанном В. И. Лениным обращении «К гражданам России» объявил о взятии власти в свои руки. Днем на заседании Петроградского Совета В. И. Ленин провозгласил: «Рабочая и крестьянская революция, о необходимости которой все время говорили большевики, совершилась».
ВРК приступил к перегруппировке сил для взятия Зимнего дворца, где все еще «заседало» Временное правительство. Для руководства штурмом полевой штаб во главе с В. А. Антоновым-Овсеенко переместили в Петропавловскую крепость. Для непосредственного управления атакующими возле Зимнего создали еще два штаба: во главе с К. С. Еремеевым — в Павловских казармах, во главе с Г. И. Чудновским — в казармах 2-го Балтийского экипажа. Н. И. Подвойский координировал их действия из Смольного. Было установлено, что в 9 часов вечера на мачте в Петропавловской крепости будет поднят красный фонарь, по которому «Аврора» даст холостой выстрел — сигнал начала штурма.
К вечеру кольцо вокруг Зимнего сжалось до предела.
Ночью лавина восставших поднялась в атаку. Среди них был и Н. И. Подвойский, находившийся в цепях Павловского полка.
Почти час потребовался для того, чтобы очистить более тысячи комнат Зимнего дворца. В Малой столовой В. А. Антонов-Овсеенко обнаружил министров Временного правительства и арестовал их. Н. И. Подвойский отправил в Смольный сообщение о взятии Зимнего и аресте Временного правительства. Он взглянул на свой хронометр — было 2 часа 10 минут.
В Смольном В. И. Ленин выслушал короткий доклад Н. И. Подвойского. Он не стал вникать в детали штурма. Но на слова Николая Ильича: «Теперь все кончено», — энергично покачал головой:
— Все только начинается. Теперь вам, военным работникам партии, предстоит организовать вооруженную защиту республики.
Рано утром 26 октября Н. И. Подвойский после двухчасового отдыха был уже в бурлящем Смольном.
В первый день Советской власти ВРК заседал и действовал одновременно и непрерывно. Решения по всем вопросам принимались немедленно, без согласований и консультаций. Короткие приказы и распоряжения разрабатывались и подписывались тут же и сразу вручались или отправлялись исполнителям. Отгородиться хоть на короткое время от посетителей не удавалось. Они шли прямо на заседание. Их не просили подождать. Один-два члена ВРК отходили с ними в угол и решали их неотложные дела. Это своеобразное заседание продолжалось практически без перерыва и часто без протокола и ночью, и на следующий день.