Venäjää oli jo kauan vaivannut yleinen tyytymättömyys, mutta Aleksanteri III:n kovat otteet olivat painaneet sen lähes näkymättömiin. Nikolai II:n valtaannousu muutti tilanteen. Hänellä ei ollut tarvittavaa itseluottamusta eikä kykyjä hallita yhä isompiin vaikeuksiin ajautuvaa valtakuntaansa. Huolimatta heikkouksistaan hän piti tiukasti kiinni itsevaltiudesta[käsite: itsevaltius – ​Valtiomuoto, jossa hallitsijan valtaa ei rajoita minkäänlainen laki eivätkä hallintoelimet.] ja menetti vähitellen kaikkien yhteiskuntaluokkien tuen. Maaseudulla, missä suurin osa väestöstä asui, vallitsi laaja tyytymättömyys. Maaorjuuden lakkauttaminen ei ollut luonut vaurasta talonpoikaistoa, vaan maat oli jaettu kyläyhteisöille. Oppimattomat ja vanhoilliset talonpojat eivät pystyneet omaksumaan uusia viljelysmenetelmiä. Myös korkea verotus piti talonpojat köyhinä. Teollistuminen loi kaupunkeihin kasvavan työväestön, joka oli tyytymätön huonoihin työoloihinsa sekä vaikutusmahdollisuuksien puuttumiseen. Kasvava porvaristo ja sivistyneistö tuskastuivat siihen, että heillä ei itsevaltaisessa valtiossa ollut keinoja vaikuttaa yhteiskuntaan. Epätoivoisimmat alkoivatkin turvautua anarkiaan[käsite: anarkia – ​Tilanne, jossa valtio ei pysty pitämään yhteiskunnassa järjestystä, koska se on menettänyt kansalaisten luottamuksen.] ja vallankumouksellisiin liikkeisiin. Vuoden 1905 verisunnuntai muutti monen uskollisen alamaisen käsityksen keisarista, ja sitä seurannut kapinointi oli kuin ennakkovaroitus tulevasta. Kapina ei muuttunut vallankumoukseksi, koska pääosa armeijasta pysyi uskollisena keisarivallalle. Venäjä sai kuitenkin perustuslain, mutta vähitellen keisarin toimet poistivat duumalta todellisen vallan.

Vuoden 1917 alussa mikään ei näyttänyt varsinaisesti viittaavan tulevaan katastrofiin. Tosin tyytymättömyyden oireita oli jo ilmassa. Sodan kulku ja Venäjän tappiot olivat olleet pettymyksiä niin kotimaassa kuin myös liittolaisten − ennen kaikkea Englannin ja Ranskan − keskuudessa. Tuhoisa sota oli paljastanut keisarikunnan heikkouden käydä teollista sotaa sekä kuljettaa ja varustaa miljoonia sotilaita. Valtavat etäisyydet ja vähäinen rataverkosto vaikeuttivat huoltoa varsinkin, kun Saksa katkaisi merenkulun Itämerellä ja Turkki Mustamerellä. Osa sotilaista oli lähetty rintamalle jopa ilman kivääriä siinä toivossa, että he ehtisivät saada aseen joltakin kaatuneelta toveriltaan. Sodassa kuoli n. 1,7 miljoonaa sotilasta, ja paljon suurempi määrä haavoittui. Nikolai II teki vakavan erehdyksen syrjäyttäessään suositun setänsä ja ryhtyessään itse ylipäälliköksi johtamaan sotaa. Näin hän joutui henkilökohtaisesti vastuuseen kaikista Venäjän tappioista.

Vuoden 1917 talvi oli poikkeuksellisen kylmä, ja Venäjän kyky huoltaa kaupunkeja petti kokonaan pakkasten kiristyessä ja polttoaineen saannin vaikeutuessa. Valtakunnan pääkaupungissa Pietarissa elintarvikepula oli muuttumassa todelliseksi näläksi. Maaliskuun 8. päivänä (Venäjällä käytössä olleen kalenterin mukaan 23. helmikuuta) tekstiilitehtaiden naiset jättivät työnsä ja marssivat pitkin katuja vaatien leipää. Päivästä tuli myöhemmin kansainvälinen naistenpäivä. Naisten marssi laajeni nopeasti valtaviksi mielenosoituksiksi ja pari päivää myöhemmin yleislakoksi. Keisari oli kaukana Pietarista, eikä ymmärtänyt tilanteen vakavuutta. Sotilaat saivat käskyn hajottaa mielenosoitukset. Kasakat ratsastivat väkijoukkoon ja ampuivat mielenosoittajia. Itsevaltiutta puolustava keisarinna yllytti Nikolaita tiukentamaan otettaan ja torjumaan kaikki yritykset, jotka vähentävät keisarin valta-asemaa. 

Pari päivää myöhemmin keisari menetti viimeisenkin tukensa, kun Pietarin varuskunnan joukot liittyivät mielenosoittajiin ja alkoivat ampua upseerejaan. Pääkaupunki oli näin joutunut mellakoivien väkijoukkojen ja kurittomien sotilaiden käsiin. Vankeja vapautettiin ja hallituksen rakennuksiin tunkeuduttiin. Hallituksen rakennuksia sytytettiin tuleen. Kapinoivat ratatyöläiset estivät keisarillisen junan matkan Pietariin. Keisari yritti turhaan etsiä uskollisia joukkoja ja joutui lopulta niin hallituksensa, sukulaistensa kuin armeijansa hylkäämänä allekirjoittamaan 15. päivä maaliskuuta asiakirjan, jossa hän luopui kruunusta veljensä Mihailin hyväksi. Tämä ei kuitenkaan huolinut keisariutta, minkä johdosta Venäjästä tuli käytännössä tasavalta. Tavalliseksi kansalaiseksi muuttunut entinen keisarinna yritti selviytyä lapsineen Tsarskoje Selon palatsissa, josta useimmat palvelijat olivat lähteneet ja kapinalliset katkaisseet sähköt.

Keisarillisen hallinnon korvasi Aleksandr Kerenskin johtama väliaikainen hallitus, joka oli muodostettu suuriruhtinas Mihailin kieltäydyttyä kruunusta. Ensimmäisinä toiminaan väliaikainen hallitus hyväksyi kansalaisten perusoikeudet, lakkautti kuolemanrangaistuksen, armahti poliittiset vangit ja lopetti vähemmistökansojen venäläistämisen. Esimerkiksi Suomi sai takaisin autonomiansa ja erioikeutensa. Uuden hallituksen ongelma oli, että siltä puuttui vahva asema. Hallituksen oli määrä toimia kunnes saataisiin koottua kansalliskokous päättämään perustuslaista. Vaalit oli määrä pitää tulevan marraskuun aikana.

Keisarin vallan kaaduttua suomalaiset joutuivat pohtimaan, kenelle ylin valta Suomessa kuuluisi. Sosialidemokraateilla oli eduskunnassa yli sata kansanedustajaa kahdestasadasta, joten he pystyivät ajamaan läpi niin sanotun valtalain, jonka myötä hallitusvalta Suomessa olisi siirtynyt eduskunnalle. Porvaripuolueet eivät halunneet antaa tällaista valta-asemaa sosialisteille, vaan luottivat Venäjän väliaikaiseen hallitukseen. Pietarin väliaikainen hallitus kieltäytyi hyväksymästä lakia, minkä jälkeen eduskunnan ovet laitettiin lukkoon. Uudet eduskuntavaalit määrättiin järjestettäviksi syksyllä. Eduskunnan hajottaminen oli sosiaalidemokraattien kannattajille valtava pettymys, jonka myötä usko lakien kautta tehtävään uudistustyöhön heikkeni. Samaan aikaan yleinen turvallisuus järkkyi. Vallankumouksen innostuksessa lähes kaikki poliisit oli erotettu virastaan venäläisten kätyreinä. Järjestystä olivat alkaneet pitää kirjavat aseelliset ryhmät, joita sekä työläiset että porvarit perustivat suojakseen.

Bolševikit alkoivat saada laajaa kansansuosiota lupaamalla maata maattomille, leipää nälkäisille ja rauhaa kaikille. Bolševikit saivat merkittävän johtajan Leninistä (Vladimir Iljits Uljanov), joka oli joutunut vuosia elämään maanpaossa. Heikentääkseen Venäjää Saksa mahdollisti Leninin paluun Sveitsistä Saksan kautta kotimaahansa. Lisäksi saksalaiset maksoivat miljoonia bolševikeille saadakseen Venäjän tekemään rauhansopimuksen.

Vielä kesällä väliaikainen hallitus onnistui kukistamaan bolševikkien vallankaappausyrityksen, jonka seurauksena Lenin joutui pakenemaan Suomeen kannattajiensa suojiin. Syksyllä Venäjä oli ajautumassa kaaokseen, ja hallitus erehtyi aseistamaan bolševikit pysyäkseen vallassa. Marraskuun 6. päivänä (venäläisen ajanlaskun mukaan 24. lokakuuta) nämä ryhtyivät miehittämään tärkeitä kohteita Pietarissa, kuten siltoja, asemia ja pankkeja. Seuraavana päivän iltana, venäläisen ajanlaskun mukaan 25. lokakuuta, bolševikit hyökkäsivät Talvipalatsiin, josta väliaikainen hallitus oli johtanut maata. Naispataljoonan ja upseerioppilaiden vähäinen vastarinta päättyi aamun valjetessa. Bolševikit olivat kaapanneet vallan lähes verettömästi, ja Kerenski pakeni ulkomaille.

Leninin johtama puolue edusti jyrkkää sosialismia, kommunismia[käsite: kommunismi – Aate, joka ajaa luokatonta, tasa-arvoista ja yhteisomistukseen perustuvaa yhteiskuntamallia. Kommunismin kannattajat näkevät aatteensa usein sosialismin jatkeena. ], jossa yhteiskunnalliset ja taloudelliset uudistukset piti saada aikaan ottamalla kaikki valta itselle ja käyttämällä tarvittaessa väkivaltaa tavoitteiden saavuttamiseksi. Venäjästä piti tehdä valtio, jossa kaikki tuotantovälineet, esim. maa ja tehtaat, olisivat yhteisomistuksessa. Kukaan ei olisi rikas eikä köyhä, ja kaikilla olisi samat mahdollisuudet hyvän elämän luomiselle. Koska bolševikit olivat vähemmistönä, perustuslakia säätävä kansalliskokous hajotettiin ennen kuin se ehti aloittaa työtään. Lähes kaikki annetut lupaukset petettiin. Lenin oli luvannut rauhaa, ja Saksan kanssa tehtiinkin rauhansopimus keväällä 1918. Lenin hyväksyi kovat rauhanehdot, koska valmistautui nujertamaan sisäiset vihollisensa. Rauhan sijasta venäläiset joutuivat kärsimään monta vuotta raakaa sisällissotaa. Bolševikit olivat luvanneet leipää, mutta todellisuudessa elintarviketuotanto romahti. Arvioiden mukaan sosialistisen valtion perustaminen maksoi 10–15 miljoonan ihmisen hengen. Ihmiset olivat odottaneet vapautta, mutta Lenin perusti salaisen poliisin tarkkailemaan sisäisiä vihollisiaan ja vankileirit alkoivat täyttyä todellisista ja oletetuista vastustajista. Eri kansallisuuksille oli lupailtu oikeutta päättää kohtalostaan, mutta Leninin joukot pakottivat itsenäistyneitä maita takaisin valtakuntaan. Puolan takaisinvaltaus ei kuitenkaan onnistunut.