ГКЧП опирался на силы КГБ (Альфа), МВД (Дивизия им. Дзержинского) и МО (106-я Тульская воздушно-десантная дивизия), Таманская мотострелковая дивизия, Кантемировская дивизия. Всего в Москву было введено около 4 тысяч военнослужащих, 362 танка, 427 бронетранспортеров и БМП. Дополнительные части ВДВ были переброшены в окрестности Ленинграда, Таллина, Тбилиси, Риги.

Сопротивление ГКЧП возглавило политическое руководство Российской Федерации (президент РСФСР Борис Ельцин, вице-президент Александр Руцкой, председатель правительства Иван Силаев, и. о. председателя Верховного Совета Руслан Хасбулатов).

Ельцин принимает решение прибыть в Москву в Дом Верховного Совета РСФСР.

В Белом доме Б. Н. Ельцин отказывается сотрудничать с ГКЧП и принимает решение о неподчинении действиям ГКЧП, назвав их действия антиконституционными. Руководство ГКЧП направляет к зданию некоторые войска. Армия ограничивается занятием ключевых постов на улицах Москвы. Не получая дальнейших и решительных приказов, под психологическим давлением демонстрантов, сторонников Ельцина, происходит разложение армии и братание ее на местах с демонстрантами. Танки переходят на сторону Ельцина, разворачиваясь уже в защиту Белого дома. Ельцин выходит к своим сторонникам и на одном из находящихся танков публично зачитывает Обращение, под названием «Граждане России»: «Граждане России. В ночь с 18 на 19 августа 1991 года отстранен от власти законно избранный президент страны. Какими бы причинами ни оправдывалось это отстранение, мы имеем дело с правым реакционным, антиконституционным переворотом».

По призыву российских властей у Дома Советов Российской Федерации (Белого дома) собрались массы москвичей, среди которых были представители самых разных социальных групп. Утром 21 августа Министр обороны СССР Язов отдает приказ вывести из Москвы все части в места постоянной дислокации и снять блокаду Белого дома.

Днем 21 августа начинается сессия Верховного совета РСФСР под председательством Хасбулатова, которая почти сразу же принимает заявления, осуждающие ГКЧП. Вице-президент РСФСР Руцкой и премьер-министр Силаев вылетают в Форос к Горбачеву. Другим самолетом туда же вылетают некоторые члены ГКЧП для переговоров с Горбачевым, однако тот отказывается их принимать.

22 августа в 4 часа утра по московскому времени президент СССР Горбачев возвращается из Фороса в Москву вместе с Руцким и Силаевым на самолете. Крючков, Язов и Тизяков после прилета из Фороса были арестованы. В 6 часов утра вице-президент Янаев был задержан в своем рабочем кабинете и доставлен в прокуратуру РСФСР. В апреле 1993 года началось судебное разбирательство. 23 февраля 1994 года, еще до приговора суда, обвиняемые по делу ГКЧП (кроме Валентина Варенникова) были амнистированы Госдумой.

В ночь с 22 на 23 августа 1991 года по распоряжению Моссовета при массовом скоплении митингующих был произведен демонтаж памятника Феликсу Дзержинскому на Лубянской площади. В прямом эфире Ельцин в присутствии Горбачева подписывает указ о приостановлении действия КП РСФСР На следующий день Горбачев объявляет о сложении с себя полномочий генерального секретаря ЦК КПСС.

В мире действия ГКЧП одобрили руководства Ирака, Ливии и Сербии, а также палестинский лидер Ясир Арафат. Президент Ирака Саддам Хусейн назвал переворот в Москве «хорошо сделанным делом» и выразил надежду, что благодаря перевороту «мы восстановим баланс сил в мире». Президент США Джордж Буш осудил «антиконституционное использование силы».

Таким образом действия ГКЧП привели к радикальным изменениям политической ситуации в Советском Союзе: окончательной утрате Коммунистической партией Советского Союза своей власти, относительному усилению власти региональных лидеров по сравнению с центральными властными структурами СССР и необратимому ускорению распада СССР, завершившегося его ликвидацией в декабре того же года.