Однако победа большевиков оставалась неполной, так как в Зимнем дворце еще заседало правительство. В половине седьмого вечера оно получило ультиматум ПВРК, который давал ему 20 минут на решение вопроса о капитуляции. В действительности же штурм Зимнего дворца произошел позднее, ночью, после того как крейсер «Аврора» сделал несколько холостых выстрелов в сторону дворца. В два часа утра Антонов-Овсеенко от имени ПВРК арестовал членов Временного правительства.

Бои, в которых приняли участие с той и с другой стороны не более нескольких сот человек, завершились с минимальными потерями (6 убитых среди обороняющихся, ни одного среди нападавших).

За несколько часов до падения Зимнего дворца, в 22.40, открылся II Всероссийский съезд Советов. Осудив «военный заговор, организованный за спиной Советов», меньшевики покинули съезд, за ними – эсеры и бундовцы. Их уход обрек на поражение Мартова и его сторонников, искавших компромисса и предлагавших создать правительство, в котором были бы представлены социалистические партии и все демократические группы.

Троцкий не преминул поиронизировать над этим предложением: «Народ пошел за нами, мы одержали победу, а теперь нам говорят: откажитесь от вашей победы, сделайте уступки, примите компромисс. С кем, я вас спрашиваю? С колеблющимися группами, которые нас оставили, а теперь делают нам предложения? Мы им говорим: вы – ничтожества и потерпели крах. Ваша роль окончена, идите же туда, куда вам предназначено: на свалку истории».

Это выступление ускорило уход Мартова и его сторонников со съезда. Тогда по инициативе Троцкого съезд (на котором оставались только большевики и левые эсеры) принял следующую резолюцию: «И съезд констатирует, что уход меньшевиков и эсеров является преступной и отчаянной попыткой лишить это собрание представительности в тот самый момент, когда массы стараются защитить революцию от наступления контрреволюции».

Чуть позже съезд проголосовал за резолюцию, составленную Лениным, которая передавала «всю власть Советам». Эта резолюция была чистой формальностью, ведь на самом деле власть находилась в руках партии большевиков, но она узаконивала результаты восстания и позволяла большевикам править от имени народа, так как другие партии, за исключением левых эсеров, покинули съезд. Затем были зачитаны и одобрены декреты о мире и о земле – первые акты нового режима.