Готовясь к войне за Азов, Лжедмитрий выслал на южную границу воеводу Шереметева с войском. Одновременно в Москву были вызваны новгородские дворяне. Они расположились лагерем в миле от города. Численность новгородцев, по польским данным, превышала восемнадцать тысяч человек. В действительности их было не более одной-двух тысяч. Но и в этом случае они представляли серьезную силу. Бояре не могли осуществить своих замыслов, не имея в своем распоряжении хотя бы несколько сотен вооруженных бойцов. И польские и русские источники одинаково свидетельствуют о том, что Шуйским удалось втянуть в заговор новгородцев. В дни мятежа под Кромами новгородцы отказались перейти на сторону Лжедмитрия. Шуйские учли это обстоятельство. Надо заметить, что подготовленный боярами переворот мало походил на мятеж под Кромами. Столичный гарнизон и дворянское ополчение в целом оставались в стороне от заговора. Под покровом ночи бояре впустили в город через крепостные ворота своих сообщников из числа новгородских помещиков. В решающий момент при штурме царского дворца в распоряжении заговорщиков оказалось около двухсот — трехсот дворян. Они и осуществили дворцовый переворот.
На рассвете Шуйские, собрав у себя на подворье участников заговора, двинулись через Красную площадь к Кремлю. Бояре приурочили свои действия к моменту, когда во дворце происходила смена ночного караула. По слухам, Яков Маржарет был посвящен в планы заговорщиков и сам отвел от царских покоев внешнюю стражу. Поводом для таких слухов послужило то, что командир первой дворцовой роты по болезни не явился во дворец. Во внутренних покоях оставалось не более тридцати человек стражи. К тому времени стрельцы, стоявшие на карауле у польских казарм, закончили ночное дежурство и были распущены по домам.
По обыкновению, Отрепьев встал на заре. Басманов, ночевавший во внутренних покоях, доложил, что ночь прошла спокойно. На Красном крыльце государя поджидал дьяк Власьев. Поговорив с ним, Лжедмитрий ушел в покои, не заметив ничего подозрительного. Стрелецкие караулы несли стражу по всему Кремлю. Они не выказали никакой тревоги, когда в Фроловских воротах появились главные бояре — братья Шуйские и Голицыны, хорошо известные им в лицо. За боярами в ворота ворвались вооруженные заговорщики. Их нападение застало стрельцов врасплох. Стража бежала, не оказав сопротивления. Завладев воротами, Шуйский и Голицын велели бить в колокола и поднимать на ноги посад. Не полагаясь на сообщников, Василий Шуйский во весь опор поскакал через Красную площадь к торговым рядам. Горожане спозаранку спешили за продуктами, и на рынке собралась уже немалая толпа. По приказу Шуйского ударили в колокола в Ильинской церкви, потом зазвонили в торговых рядах. Заслышав набат, Лжедмитрий послал Басманова спросить, отчего поднялся шум. Дмитрий Шуйский и другие бояре, с утра не спускавшие глаз с самозванца, отвечали ему, что в городе, верно, начался пожар.
Между тем звон нарастал. По всему городу забили в «набаты градские», затем ударили в колокола в Успенском соборе. Повсюду слышались крики: «Горит Кремль! В Кремль, в Кремль!» Горожане со всех сторон спешили на Красную площадь. Шум поднял на ноги не одних только противников самозванца. Схватив оружие, ко дворцу бросилась «литва». Роты, стоявшие поблизости от Кремля, выступили в боевом порядке с развернутыми знаменами. Лихая атака еще могла выручить самозванца из беды. Но бояре успели предупредить опасность. Они обратились к народу, призывая его бить поганых «латынян», постоять за православную веру. С площади во все стороны поскакали глашатаи, кричавшие во всю глотку: «Братья, поляки хотят убить царя и бояр, не пускайте их в Кремль!» Призывы пали на подготовленную почву. Толпа бросилась на шляхтичей и их челядь. Улицы, ведущие к Кремлю, были завалены бревнами и рогатками. Разбушевавшаяся стихия парализовала попытки «литвы» оказать помощь гибнущему Лжедмитрию. Наемные роты свернули знамена и отступили в свои казармы.
Во дворце события развивались своим чередом. На рассвете, повествуют русские сказания, в царские хоромы явился дьяк Тимофей Осипов, перед тем причастившийся как человек, идущий на смерть. Защитник православия совершил подвиг, обличив царя как расстригу Гришку Отрепьева, еретика и чародея. Эту легенду, призванную освятить мятеж авторитетом человека почти что святой жизни, сочинили сами заговорщики. С их слов ее записал также и Исаак Масса. Но в этой легенде слишком много несообразностей.
Глава заговора Василий Шуйский был человеком трезвым и практичным. Он меньше всего заботился о театральных эффектах в деле, из-за которого мог лишиться головы. Совершенно очевидно, что известный столичному населению дьяк принес бы гораздо больше пользы, обличая самозванца перед народом на площади, чем в спальных хоромах, оказавшись с глазу на глаз с царем. Из всего этого можно сделать лишь один вывод: Осипов проник в спальню царя с более серьезными намерениями, нежели словесные обличения. Как видно, заговорщики, располагая небольшими силами, не были уверены, что им сразу удастся сломить сопротивление дворцовой стражи. Поэтому они и разработали запасной план действий, выполнить который взялся Осипов. Дьяк должен был потихоньку пробраться в царскую спальню и убить там Лжедмитрия еще до того, как начнется общий штурм дворца. Осипову удалось выполнить только первую часть плана. Как повествует один из царских телохранителей, злоумышленник проник через все караулы (а всего во дворце было пять дверей с караулами) и добрался до спальни, но тут был убит Басмановым. Судя по разным источникам, Осипов успел выбранить царя, назвав его недоноском. По русским источникам, он произнес целую речь против еретика и расстриги. На самом деле у него попросту не было времени для такой речи.
Прикончив Осипова, Басманов тут же велел выбросить его труп из окна на площадь. Дьяк вел праведную жизнь, и в народе о нем шла добрая молва. Кровавая расправа во дворце не оставила безучастной толпу, собравшуюся на площади.
Шум на площади усилился, и Лжедмитрий вновь послал Басманова узнать, что происходит. Вернувшись, тот сообщил, что народ требует к себе царя. Самозванец не отважился выйти на крыльцо, но с бердышем в руках высунулся в окно и, потрясая оружием, крикнул: «Я вам не Борис!» В ответ раздалось несколько выстрелов, и Лжедмитрий поспешно отошел от окна.
Басманов пытался спасти положение. Выйдя на Красное крыльцо, где собрались все бояре, он принялся именем царя увешать народ успокоиться и разойтись. Наступил критический момент. Многие люди прибежали ко дворцу, ничего не ведая о заговоре. Тут же находилось немало стрельцов, готовых послушать своего командира. Заговорщики заметили в толпе неуверенность и поспешили положить конец затянувшейся игре. Подойдя сзади к Басманову, Татищев ударил его кинжалом. Другие заговорщики сбросили дергающееся тело с крыльца на площадь. Расправа послужила сигналом к штурму дворца. Толпа ворвалась в сени и обезоружила копейщиков. Отрепьев заперся во внутренних покоях с пятнадцатью немцами. Шум нарастал. Двери трещали под ударами нападавших. Самозванец рвал на себе волосы. Наконец он бросил оружие и пустился наутек. Подле покоев Марины Отрепьев успел крикнуть: «Сердце мое, измена!» Струсивший царь даже не пытался спасти жену. Из парадных покоев он бежал в баньку (ванную комнату, как называли ее иностранцы). Воспользовавшись затем потайными ходами, самозванец покинул дворец и перебрался, по словам К. Буссова, в «каменный зал». Русские источники уточняют, что царь попал в каменные палаты на «взрубе». Палаты располагались высоко над землей. Но Отрепьеву не приходилось выбирать.
Он прыгнул из окна с высоты около двадцати локтей (К. Буссов считал, что окно располагалось на высоте пятнадцати сажен). Обычно ловкий Отрепьев на этот раз мешком рухнул на землю, вывихнул ногу и потерял сознание. Неподалеку от каменных палат стражу в воротах несли верные Лжедмитрию караулы. По словам поляков, царь на его удачу попал в руки «украинских стрельцов», т. е. приведенных с Северской Украины повстанцев, принятых на службу в дворцовую охрану. Фортуна в последний раз повернулась лицом к самозванцу. Придя в себя, Лжедмитрий стал умолять стрельцов «оборонить» его от Шуйских. Слова самозванца обнаруживают, что он знал точно, с какой стороны придет удар. Подняв царя с земли, стрельцы внесли его в ближайшие хоромы. Между тем мятежники, не обнаружив Лжедмитрия во дворце, принялись искать его по всему Кремлю. Вскоре им удалось обнаружить его убежище. Украинские стрельцы были единственными из всей кремлевской стражи, кто пытался выручить самозванца. Они открыли пальбу и застрелили одного-двух дворян-заговорщиков. Но силы были неравные. Толпа заполнила весь двор, а затем ворвалась в покои. Стрельцы сложили оружие.