3 月 11 日，俄軍接到尼古拉二世的命令。然而，他們不想遵從，決定叛變。3 月 12 日早晨，許多俄軍將士選擇同情示威者，在街頭向維持秩序的警察開火。警察不敵，倒戈加入動亂行列。羅曼諾夫王朝大勢已去。
尼古拉二世在前線指揮作戰，「坦能堡戰役」(Battle of Tannenberg) 的慘敗，令他意志消沉。面對國內反政府浪潮熾熱，沙皇心生恐懼。於是他在 3 月 15 日退位，臨時政府成立，俄羅斯帝國變為俄羅斯共和國。
臨時政府的總理為亞歷山大・克倫斯基 (Alexander Kerensky)。克倫斯基實行資本主義政策，兼繼續參加一戰，令人民非常不滿。
一戰後期，俄軍有超過一百七十萬士兵陣亡，五百九十萬人受傷，士氣低落。後方出現嚴重饑荒，物資短缺，彈藥武器俱不足夠。更有甚者，俄國經濟被戰爭拖垮。1917 年的工業生產總值大幅下降，企業倒閉，釀成大規模失業。物價飛漲，民不聊生。負債累累，財政將近破產。
9 月開始，俄國境內陸續有工人發動大規模罷工。10 月，農民起來反抗地主。與此同時，前線將士、各城市的衛戍部隊、波羅的海艦隊拒絕承認臨時政府的合法性，不再執行其任何命令。臨時政府岌岌可危。
二次革命爆發時，列寧獲德國安排，從瑞士重返俄國。德國這樣做，是要引爆俄國的內部問題，以瓦解俄軍在東線的攻勢。
1917 年 4 月 16 日，列寧乘坐鐵路列車抵達彼德格勒 (即聖彼得堡)。他發表演講，譴責臨時政府，並呼籲實行無產階級革命。數天後，列寧發表《四月提綱》，公開譴責社會革命黨 (克倫斯基所屬政黨)，以及支持臨時政府的孟雪維克，批評兩者背叛社會主義。
列寧主張：
1. 馬上與德國、奧匈帝國恢復和平狀態；
2. 工業和銀行國有化；
3. 土地一律收歸國家。
此對貧苦工人和農民無疑有很大的吸引力。
接著幾個月，他不斷通過文章、演講，宣揚其理念。隨著臨時政府漸失民心，布爾什維克的激進主張慢慢獲得支持。
1917 年 8 月，陸軍總司令拉夫爾・格奧爾基耶維奇・科爾尼洛夫將軍嘗試發動政變推翻臨時政府，克倫斯基允許布爾什維克組織工人，建立赤衛隊 (Red Guards，日後蘇聯工農紅軍的前身)，保衛城市。
政變失敗，布爾什維克聲勢越來越大。孟雪維克和社會革命黨因親近臨時政府，失去大量民眾支持。10 月 23 日，列寧參加布爾什維克中央委員會會議，再度主張政黨應領導武裝起義，推翻臨時政府，結果獲得 10 票支持、2 票反對。
10 月 24 日，布爾什維克於斯莫爾尼宮召開最後一次會議，成立軍事革命委員會。軍事革命委員會責令赤衛隊有組織地佔領政府主要機構、關鍵通訊及軍事設施。11 月 7 日，赤衛隊圍攻臨時政府所在地冬宮。8 日凌晨，冬宮失陷，克倫斯基出逃。列寧草擬《告俄國公民書》，宣佈臨時政府被推翻，組建新政府。
1918 年 3 月 3 日，新政府與德意志帝國簽訂《布列斯特 - 立陶夫斯克條約》(Treaty of Brest-Litovsk) ，俄國正式退出一戰，東線戰事告一段落。
