Капитуляция перед российским принуждением вызвала масштабные протесты в Украине, которые в итоге привели к Революции достоинства. Лидеры протеста призвали к отставке Януковича и премьер-министра Азарова, а протестующие заняли площадь Независимости (Майдан Незалежности) в Киеве. Восстание получило название "евромайдан". В ходе столкновений с украинскими силовыми структурами (наиболее известной из которых был ОМОН "Беркут") в январе и феврале 2014 года погибло более ста протестующих, многие были ранены. Эскалация насилия со стороны спецслужб включала в себя снайперский огонь с крыш домов. 20 февраля тысячи протестующих в Киеве двинулись к Раде (парламенту) под огнем милицейских снайперов. Имелись веские доказательства и многочисленные обвинения в том, что среди украинских силовиков, сопротивлявшихся продвижению, были офицеры ФСБ и ГРУ России, и что Россия оказывала широкую материально-техническую поддержку в подавлении демонстрантов Евромайдана.
На следующий день Янукович и лидеры оппозиции в Раде договорились о создании временного правительства под руководством Арсения Яценюка (премьер-министр Азаров уже подал в отставку 28 января). Когда позже в тот же день в Киеве прекратили работу службы безопасности, протестующие победили. Вечером Янукович уехал из столицы в Харьков на дальнем востоке Украины. 22 февраля Рада единогласно (328-0) проголосовала за отставку Януковича с поста президента, поскольку он бежал и не может исполнять свои обязанности, и назначила 25 мая президентскими выборами, чтобы определить его преемника. Из Харькова Янукович осудил голосование в Раде как незаконное: "Я не собираюсь никуда уезжать из страны. Я не намерен уходить в отставку. Я - законно избранный президент". Ответом тысяч протестующих против него в Харькове стало скандирование "Украина - не Россия!".
Поскольку его положение стало несостоятельным, 24 февраля Янукович при содействии Путина бежал в Россию. Временное правительство премьер-министра Яценюка было признано на международном уровне (но не Россией) и позже подписало соглашение об ассоциации с ЕС. Петр Порошенко был избран новым президентом Украины 25 мая, в то время как правительство продолжало устранять чиновников, связанных с режимом Януковича. Происходил и сопутствующий процесс "декоммунизации" (или "десоветизации"). Например, в феврале 2014 года площадь Ленина в Днепропетровске была переименована в площадь Героев Майдана. Президент Порошенко формализовал этот процесс год спустя, подписав закон, требующий демонтажа советских коммунистических памятников, но не мемориалов Второй мировой войны, и переименования улиц и мест, названных в честь советских коммунистов.
Путин не стал принимать эти оскорбления близко к сердцу. Российское правительство осудило Революцию достоинства как переворот. Россияне утверждали, что Рада действовала незаконно, сместив Януковича без голосования за импичмент тремя четвертями голосов от общего числа членов (450) этого органа, как того требовала действовавшая на тот момент украинская конституция. Единогласное голосование 328 членов 22 февраля не достигло этого порога на десять голосов. Противоположный конституционный аргумент заключался в том, что Рада не объявляла импичмент Януковичу, поскольку он (как и другие высокопоставленные члены его правительства) покинул свой пост, сбежав из Киева. Голосование Рады просто признало этот факт и не было импичментом за государственную измену или другое преступление, как это предусмотрено конституцией.
Падение правительства Януковича в Украине было слишком значимым для Кремля, чтобы ограничивать ответ России спорами о конституционных вопросах. Российский ответ на Революцию достоинства начался задолго до 22 февраля. Пока шли протесты на Евромайдане, на юге и востоке Украины начались контрпротесты в поддержку России. Сильнее всего противодействие было в Автономной Республике Крым, как она называлась в украинской конституции. Правительство Крыма решительно поддержало Януковича и осудило протестующих евромайдановцев как "угрожающих политической стабильности в стране".
В конце февраля российские солдаты без знаков отличия - печально известные "маленькие зеленые человечки" - заняли аэропорты и другие стратегические объекты в Крыму, включая парламент (Верховную Раду Автономной Республики Крым) в Симферополе. 1 марта правительство Крыма попросило, а российский парламент одобрил ввод Путиным российских войск в Украину. После того как российские военные были размещены на всей территории полуострова, парламент Крыма назначил на 16 марта референдум, на котором крымчане должны были решить, вступать ли им в состав Российской Федерации. Украинское правительство в Киеве решительно возражало против этого, но референдум все же состоялся: явка составила 83 процента, а количество голосов, отданных за присоединение к России, было объявлено более 95 процентов. Широко распространено подозрение, что те, кто выступал за сохранение Украины, бойкотировали выборы или боялись голосовать, что привело к сильному скептицизму в отношении результатов выборов.