К требованиям хлеба добавились лозунги «Долой войну!» и «Долой самодержавие!». Демонстранты били окна булочных и продовольственных лавок. К концу дня удалось восстановить порядок, и министр внутренних дел Протопопов отметил в дневнике: «В целом ничего ужасного не произошло».

Тем временем рабочие всю ночь планировали свои дальнейшие действия. Утром 24 февраля десятки тысяч манифестантов двинулись с рабочих окраин к центру Петрограда. На Александровском мосту им преградили путь несколько сотен солдат и казаков, но, отступив, они позволили рабочим выйти на Невский проспект. По пути их встречали отряды конной полиции, но громадная толпа (до двухсот тысяч человек) значительно превосходила правительственные силы. Некоторые солдаты гарнизона присоединились к протестующим. В субботу 25 февраля число манифестантов выросло до трехсот тысяч, лозунги с «Долой войну!» сменились на «Да здравствует Революция!». Царю, находившемуся в Ставке в Могилеве, доложили наконец о беспорядках в столице. Не представляя себе их масштабов, он приказал командующему войсками Петроградского военного округа генералу С. С. Хабалову навести порядок в течение следующего дня. Это можно было сделать только с применением военной силы, и Хабалов отдал команду стрелять по демонстрантам после трех предупреждений.

Перед рассветом 26 февраля по всему городу были расклеены объявления о запрете уличных сборищ с предупреждением, что власти готовы прекратить беспорядки вооруженной силой. С утра казачьи разъезды патрулировали центр города, на главных перекрестках были установлены пулеметы и специальные отряды, дабы не допустить протестующих на Невский проспект. Колонны демонстрантов двинулись к центру города и были встречены ружейным огнем. Однако уличное кровопролитие привело солдат в состояние нерешительности, к вечеру боевой дух в войсках упал. Солдаты лейб-гвардии Павловского полка вступили в перестрелку с полицией, а в понедельник 27 февраля солдаты Волынского полка, не желая стрелять в народ, повернули оружие и застрелили командира. Мятеж распространился, войска выходили на улицу и присоединялись к восставшим.

В то время как рушился весь уклад прежней жизни, Шереметевы были озабочены семейным несчастьем. В середине февраля граф Павел вернулся из крымского имения великой княгини Ксении близ мыса Ай-Тодор в нервном расстройстве, природу которого врачи деликатно назвали «романтической».

Причиной его страданий была Ирина Нарышкина. Впервые он встретился с ней в Михайловском в 1899 году и безответно влюбился, но она вышла замуж за графа Иллариона Воронцова-Дашкова, брата жены Дмитрия Шереметева. У них было пятеро детей, но брак распался. Павел ожидал, что теперь Ирина примет его предложение, но она вновь его отвергла и вышла замуж за князя Сергея Долгорукого. Этот брак также распался, и Павел отправился в Ай-Тодор объясниться в любви в третий раз. Однако снова получил отказ, и по дороге в Петроград с ним случился нервный срыв. Граф Сергей счел эту историю унизительной, однако он понимал, что Павлу нужна помощь. На улицах Петрограда воцарялся хаос, а в Фонтанный дом зачастили доктора, семья планировала отправить Павла в санаторий для нервнобольных.

27 февраля вслед за Павловским полком половина гарнизона, составлявшего 160 тысяч человек, перешла на сторону восставших, остальные войска держали нейтралитет. Солдаты и рабочие двинулись к городским тюрьмам и освободили заключенных. Они нападали на полицейские участки, суды, Министерство внутренних дел, сожгли архив Охранного отделения и вооружились винтовками, взятыми в городском арсенале. Полицейских и хорошо одетых людей убивали прямо на улицах; мародеры грабили магазины и богатые дома. Над Зимним дворцом водрузили красный флаг.

К концу дня под началом Хабалова оставалось не более двух тысяч человек. Столица была во власти толпы. Вечером он телеграфировал государю, что положение в столице вышло из-под контроля. Николай II распорядился послать в столицу надежные войска с фронта, но никаких войск отправлено не было. В Петрограде полицейские снимали форму и покидали улицы, спасая свою жизнь. Царские министры в последний раз собрались вечером 27-го в Мариинском дворце, чтобы заявить об отставке. Сделав это, они поспешили скрыться под покровом темноты.

Днем 27 февраля члены Государственной думы собрались в Таврическом дворце, они образовали Временный комитет для восстановления порядка и для сношения с лицами и учреждениями. Название весьма точно передавало слабость и нерешительность Временного правительства. В числе двенадцати его членов оказались председатель Думы М. В. Родзянко, кадетский лидер П. Н. Милюков, бывший председатель Земского и городского союза князь Г. Е. Львов, адвокат и глава фракции «трудовиков», отколовшейся от партии эсеров, А. Ф. Керенский.

В левом крыле Таврического дворца заседал Петроградский совет рабочих и солдатских депутатов, который, в противовес Временному правительству, представлял власть уличной толпы. Солдаты в нем численно превосходили рабочих, а исполнительный комитет состоял по большей части из интеллигенции – меньшевиков, большевиков и эсеров. Чтобы заручиться поддержкой Совета, Временное правительство согласилось на выполнение восьми условий, включая амнистию для политических заключенных, свободу слова, печати, собраний и отмену всех ограничений гражданских прав по принципам сословной принадлежности, вероисповедания или национальности. Ленин не без основания назвал тогда Россию «самой свободной страной в мире». Новое правительство также согласилось немедленно ликвидировать полицию, охранные отделения и корпус жандармов. Эти меры вместе с роспуском царской губернской администрации имели гибельные последствия: Временное правительство осталось без инструментов эффективного управления страной в тот момент, когда Россия погружалась в пучину смуты.

В тот же день группа солдат явилась в Фонтанный дом к графу Сергею, который был в это время наверху с Екатериной, Дмитрием и Ирой. Его спросили, есть ли у него сыновья и где они. Граф отвечал уклончиво, не называя имен. Солдаты стали выяснять, есть ли в доме оружие и боеприпасы. Они утверждали, что на крыше Фонтанного дома видели полицейских, стрелявших по восставшим. Тем временем другая группа солдат пробралась по длинным коридорам до комнат внучки графа Лили Вяземской, и там они набросились на еду, так как стол был накрыт к обеду, после чего сбежали. В тот же день пришла вторая группа солдат. Эти были грубее и злее, они утверждали, что их послали произвести в доме обыск.

Стрельба на улицах время от времени возобновлялась, детям велели держаться подальше от окон; если стрельба усиливалась, их отсылали в комнаты Дмитрия, окна которых выходили во внутренний двор. 1 марта снова явились солдаты для осмотра дома. В комнатах Лилии Шереметевой они обнаружили множество охотничьих ружей. Одно из них неожиданно выстрелило, едва не ранив Лилю и оставив ее почти глухой на одно ухо. Семья, впрочем, счастливо отделалась, и солдаты ушли, не причинив никому вреда.

Алика Сабурова, гражданского губернатора Петрограда, восставшие разыскивали. Тревожась за безопасность Анны и детей, он уговаривал семью уйти со слугами в Фонтанный дом, но они отказывались. 1 марта группа солдат явилась в губернаторский особняк и попыталась увести Алика в Таврический дворец. Видя, что солдаты пьяны, и опасаясь, что его убьют по дороге, Сабуров пытался остановить их, настаивая, что не двинется с места, пока они не найдут автомобиль, чтобы доставить его во дворец. Несколько мучительных минут солдаты спорили между собой, пока все семейство и прислуга ждали, стоя на парадной лестнице. Спас ему жизнь молодой солдат с широкой повязкой на глазу, который убедил товарищей, что они не имеют права арестовать Сабурова без письменного мандата. Солдаты повернулись и ушли.