26 августа, Львов явился к Керенскому в Зимний Дворец и заявил, что власть должна сегодня же перейти к Верховному Главнокомандующему, Временное правительство должно сложить полномочия, а сам Керенский и Савинков явиться в Ставку. Все свои предложения Львов записал на бумаге и передал Керенскому.
Керенский счел слова Львова «ультиматумом Корнилова», и для того, чтобы прояснить ситуацию решил связаться с Корниловым по телефону, в отсутствие Львова. Телефонный разговор Керенский вел с Корниловым от своего имени и имени отсутствовавшего Львова. В нем Министр-председатель спросил, подтверждает ли Корнилов правоту слов Львова, и генерал, не зная то, о чем говорил Львов, подтвердил его слова и просьбу о приезде в Ставку.
После этого Керенский пригласил Львова в Библиотеку Николая II, где начальник милиции полковник С. А. Балавинский арестовал депутата.
На заседании Кабинета Керенский заявил об отстранении Верховного Главнокомандующего, поскольку тот намерен свергнуть правительство. В знак солидарности с Корниловым министры-кадеты подали в отставку. Одновременно Керенский послал телеграмму Корнилову с приказанием сдать должность генералу А. С. Лукомскому и явиться в Петроград.
27 августа во всех газетах появилось сообщение Керенского № 4163, в котором он говорил об «ультиматуме» переданном ему представителем Верховного Главнокомандующего Львовым; обвинял генерала Корнилова в попытке воспользоваться тяжелым положением в стране и установить личную диктатуру; требовал от Корнилова сдать пост Верховного Главнокомандующего генералу В. Н. Клембовскому; объявлял Петроград и Петроградский уезд на военном положении и призывал принять все меры «для спасения Родины, свободы и республиканского строя».
Для противодействия «мятежному» генералу А. Ф. Керенский обратился к левым политическим силам с призывом защиты от военной диктатуры и сделал непоправимую ошибку: пошёл на вооружение рабочих.
Вслед за сообщением Керенского Петроградский совет обратился к войскам и советам с призывом не подчиняться приказам «мятежников и предателей» Корнилова и Лукомского.
Тем временем, получив телеграмму от Керенского с требованием сдать должность генералу Лукомскому и явиться в Петроград, Корнилов не поверил в ее подлинность и решил, что это провокация, поскольку в телефонном разговоре Керенский обещал приехать в Ставку и тем самым поддержать Корнилова. Все попытки получить подтверждение из Петрограда оказались тщетными, поскольку перестал работать телеграф.
Наконец, в ночь на 28 августа Корнилов получил сообщение Керенского и был ошеломлен. Немедленно было выпущено «Воззвание к русским людям», в котором сообщение № 4163 называлось «ложью и провокацией», а также подчеркивалось что «Временное правительство под давлением большевицкого большинства Советов действует в полном согласии с планами германского генерального штаба… убивает армию и потрясает страну внутри» и далее: «Тяжелое сознание неминуемой гибели страны повелевает мне в эти грозные минуты призвать всех русских людей к спасению умирающей Родины… Я, генерал Корнилов, — сын казака-крестьянина, заявляю всем и каждому, что мне лично ничего не надо, кроме сохранения Великой России, и клянусь довести народ — путём победы над врагом — до Учредительного Собрания, на котором он сам решит свои судьбы и выберет уклад своей новой государственной жизни». Одновременно было обнародовано обращение к железнодорожникам, где требовалось «безусловное выполнения» распоряжений о перевозке войск генерала Крымова в Петроград и предупреждалось, что в случае неисполнения будут введены беспощадные карательные меры.
Выступление генерала Корнилова поддержали Главнокомандующий Юго-Западного фронта генерал-лейтенант А. И. Деникин, генералы И. Г. Эрдели и Е. Ф. Эльснер. Главнокомандующий Северным фронтом генерал В. Н. Клембовский подал в отставку.
На борьбу с «корниловщиной» в 3-й кавалерийской корпус генерала Крымова были посланы агитаторы от Петросовета и Временного правительства, которые своей демагогической агитацией разложили корпус настолько, что 29 августа он не мог продолжать двигаться дальше на Петроград. Тоже произошло и с верной Корнилову Кавказской Туземной дивизией.
29 августа Керенский объявил себя Верховным Главнокомандующим, а генерала Алексеева начальником своего штаба.
30 августа генерал Самарин прибыл в Лугу, где поставил Крымова в известность о происходящих событиях и передал приказ Министра-председателя явиться в Петроград. На следующий день было официально объявлено о подавлении «мятежа», а 2 сентября генерал Корнилов был арестован в Могилеве.