ถึงแม้ว่าจะมีการระมัดระวังล่วงหน้าและการเตรียมการไว้ทั้งหมดแล้วก็ตาม ข่าวของแผนการดังกล่าวก็ยังได้รั่วไหลไปถึงตำรวจ ในช่วงเย็นของวันที่ 23 มิถุนายน พ.ศ. 2475 อธิบดีตำรวจได้โทรศัพท์ถึงสมเด็จพระเจ้าบรมวงศ์เธอ เจ้าฟ้าบริพัตรสุขุมพันธุ์ กรมพระนครสวรรค์วรพินิต โดยกราบทูลขออำนาจในการจับกุมและจำคุกทุกคนที่เกี่ยวข้องกับแผนการดังกล่าว[12] พระองค์ดำริว่าผู้ก่อการหลายคนเป็นผู้มีอิทธิพลและมีอำนาจมาก จึงทรงตัดสินพระทัยเลื่อนพระบรมราชโองการออกไปเป็นวันรุ่งขึ้น การเลื่อนคำสั่งนี้จะมีความสำคัญอย่างมากต่อผู้ก่อการทั้งหลาย[13]

ในช่วงเย็นวันเดียวกัน หนึ่งในกลุ่มผู้สนับสนุนของหลวงสินธุสงครามชัย (สินธุ์ กมลนาวิน) ในกองทัพเรือได้เกณฑ์เรือปืนจากอู่เรือขึ้นมาตามแม่น้ำเจ้าพระยา และเมื่อถึงตอนเช้าก็ได้เล็งปืนเรือตรงเข้าใส่พระราชวังของสมเด็จพระเจ้าบรมวงศ์เธอ เจ้าฟ้าบริพัตรสุขุมพันธุ์ กรมพระนครสวรรค์วรพินิตในกรุงเทพมหานคร[13] ตัวหลวงสินธุฯ เองนั้นได้เกณฑ์กะลาสีเรือติดอาวุธ 500 นายพร้อมที่จะยึดพระที่นั่งอนันตสมาคม ซึ่งตั้งอยู่ ณ ใจกลางพระนครและเป็นส่วนหนึ่งของพระราชวังดุสิต หลังจากนั้น ร้อยโทประยูร ภมรมนตรี เป็นผู้มีอำนาจสั่งการนายทหารเสนาธิการหนุ่มและได้สั่งยึดที่ทำการไปรษณีย์และโทรเลขรอบพระนคร ซึ่งมีหลวงโกวิทอภัยวงศ์ (ควง อภัยวงศ์) รวมอยู่ด้วย การสื่อสารทั้งหมดระหว่างพระบรมวงศานุวงศ์และสมาชิกฝ่ายบริหารอาวุโสจึงถูกตัดขาด[13] บ้านพักทั้งหมดยังได้อยู่ภายใต้การตรวจตราและเฝ้าระวังโดยสมาชิกคณะราษฎรทั้งพลเรือนและทหาร[13]

เมื่อถึงเวลาประมาณ 04.00 น. ในช่วงเช้ามืดของวันที่ 24 มิถุนายน พระยาพหลพลพยุหเสนา (พจน์ พหลโยธิน) และพระยาทรงสุรเดช (เทพ พันธุมเสน) ได้ดำเนินการตามแผนการในส่วนของตนเรียบร้อยแล้ว พระยาพหลพลพยุหเสนาและผู้สนับสนุนบางส่วนได้รวมตัวกันใกล้กับพระที่นั่งและรอคอยสัญญาณขั้นต่อไป[14] ขณะที่พระยาทรงสุรเดชเดินทางไปกับผู้สมคบคิดจำนวนหนึ่งไปยังค่ายทหารของกรมทหารม้าที่ 1 รักษาพระองค์ ซึ่งเป็นที่เก็บยานยนต์หุ้มเกราะส่วนใหญ่ในกรุงเทพมหานคร เมื่อมาถึง พระยาทรงสุรเดชได้กล่าวตำหนินายทหารผู้รับผิดชอบค่ายที่กำลังหลับอยู่ขณะที่มีการลุกฮือของชาวจีนเกิดขึ้นในพระนคร ทั้งหมดเกิดขึ้นขณะกำลังเปิดประตูค่ายทหารและมีการระดมทหารทั้งหมด อุบายดังกล่าวเป็นผล และแม้ว่าจะอยู่ท่ามกลางความสับสนและความโกลาหล พระประศาสน์พิทยายุทธสามารถจับกุมผู้บัญชาการกรมทหารได้และนำตัวไปคุมขัง หลวงพิบูลสงครามได้รับคำสั่งให้เฝ้านักโทษ[14] ยานยนต์หุ้มเกราะ รวมไปถึงรถถังจำนวนหนึ่ง ถูกเกณฑ์และทั้งหมดได้รับคำสั่งให้มุ่งหน้าไปยังพระที่นั่ง พระยาฤทธิ์อัคเนย์ หลังจากทราบข่าวความสำเร็จของพระยาทรงสุรเดช ได้เดินทางไปยังค่ายทหารของกรมทหารราบที่ 1 และหลังจากเรียกระดมเหล่าทหารราบได้สำเร็จแล้ว ก็ได้มุ่งหน้าไปยังพระที่นั่งด้วยเช่นกัน[14] ทหารในพื้นที่ใกล้เคียงกรุงเทพมหานครได้เข้าร่วมกับผู้ก่อการด้วยเช่นกัน เนื่องจากได้รับคำสั่งหลายสัปดาห์ก่อนหน้านั้นแล้วว่ากำลังจะมีการฝึกซ้อมทางทหารเกิดขึ้น และไม่ทราบเลยว่าพวกตนจะเข้าไปมีส่วนในการปฏิวัติ[14] ทหารหน่วยอื่นที่จงรักภักดีต่อพระมหากษัตริย์ตัดสินใจที่จะไม่มีปฏิกิริยาตอบโต้ใด ๆ โดยการเก็บตัวอยู่ในกรมกอง[15]

เมื่อทหารราบและทหารม้ามาถึงลานพระราชวังดุสิตหน้าพระที่นั่งอนันตสมาคมเมื่อเวลาราว 6.00 น. ก็ได้มีกลุ่มประชาชนเนืองแน่นเฝ้าดูทหารที่มาชุมนุมนั้น[14] ความสับสนเกิดขึ้นท่ามกลางผู้ที่มาชุมนุมนั้น หลายคนไม่เชื่อทั้งหมดว่ามีการลุกฮือของชาวจีนเกิดขึ้นจริง หรือว่าทหารมาชุมนุมที่จัตุรัสนี้เพื่อการฝึกซ้อมเท่านั้น พระยาพหลพลพยุหเสนาปีนขึ้นไปบนยอดรถหุ้มเกราะคันหนึ่งและอ่านประกาศคณะราษฎร ซึ่งเป็นแถลงการณ์ประกาศถึงจุดจบของระบอบสมบูรณาญาสิทธิราชและการสถาปนารัฐอันมีรัฐธรรมนูญขึ้นในสยาม ผู้ก่อการเปล่งเสียงด้วยความยินดี ตามมาด้วยเหล่าทหาร ซึ่งเป็นไปได้ว่าจะเป็นการคล้อยตามมากกว่าความเข้าใจในสถานการณ์จริงที่เกิดขึ้นทั้งหมด[16]

แท้ที่จริงแล้ว พระยาพหลพลพยุหเสนาเพียงแต่ขู่ขวัญเท่านั้น ความสำเร็จของการปฏิวัติยังขึ้นอยู่กับสถานการณ์ที่เกิดขึ้นที่อื่นของกรุงเทพมหานคร พระประศาสน์พิทยายุทธถูกสั่งไปยังบ้านพักของสมเด็จพระเจ้าบรมวงศ์เธอ เจ้าฟ้าบริพัตรสุขุมพันธุ์ กรมพระนครสวรรค์วรพินิต และสมาชิกระดับสูงคนอื่น ๆ ในรัฐบาลและพระบรมวงศานุวงศ์[16] สมเด็จพระเจ้าบรมวงศ์เธอ เจ้าฟ้าบริพัตรสุขุมพันธุ์ กรมพระนครสวรรค์วรพินิตขณะกำลังทรงฉลองพระองค์บรรทมเมื่อพระองค์ทรงถูกจับกุม[17] ไม่มีผู้ใด ยกเว้นผู้บัญชาการเหล่าทหารบกที่หนึ่ง ต่อสู้ขัดขืนแม้เพียงเล็กน้อย มีการสู้กันเกิดขึ้นและนายทหารคนดังกล่าวได้รับบาดเจ็บเล็กน้อย แต่สุดท้ายก็ถูกนำตัวไปคุมขัง และกลายมาเป็นบุคคลเพียงคนเดียวที่ได้รับบาดเจ็บอันเป็นผลมาจากการปฏิวัติ หากนับทั้งหมดแล้ว มีเจ้าหน้าที่ทางการเกือบ 40 คนถูกจับกุมและถูกกักขังไว้ในพระที่นั่งอนันตสมาคม เว้นเสนาบดีว่าการกระทรวงพาณิชย์และการสื่อสาร พระเจ้าบรมวงศ์เธอ พระองค์เจ้าบุรฉัตรไชยากร กรมพระกำแพงเพ็ชรอัครโยธิน ผู้ซึ่งได้ทรงหลบหนีไปทางหัวรถจักรเพื่อไปกราบบังคมทูลเตือนพระมหากษัตริย์ที่หัวหิน[15] เมื่อถึงเวลา 8.00 น. ปฏิบัติการยึดอำนาจได้เสร็จสิ้นและผู้ก่อการประสบความสำเร็จ[16]

เจ้าหน้าที่รัฐทั้งฝ่ายทหารและพลเรือนส่วนใหญ่ต่อสู้ขัดขืนเพียงเล็กน้อย เพราะพวกเขาคุ้นชินกับการรับคำสั่งและสายการสื่อสารถูกตัดขาด พวกเขาจึงไม่สามารถทำอะไรได้ ขั้นต่อไปของการปฏิวัติเหลือเพียงแต่สายพลเรือนของคณะราษฎร หลวงประดิษฐมนูธรรม (ปรีดี พนมยงค์) หัวหน้าคณะราษฎรสายพลเรือน ด้วยความช่วยเหลือจากผู้สนับสนุน ได้แจกจ่ายใบปลิวและแผ่นพับโฆษณาชวนเชื่อ ตลอดจนการกระจายเสียงทางวิทยุซึ่งทั้งหมดสนับสนุนการปฏิวัติทั้งสิ้น[16] ข้อความในประกาศคณะราษฎรซึ่งเขียนขึ้นโดยหลวงประดิษฐมนูธรรมวิพากษ์วิจารณ์พระมหากษัตริย์ด้วยถ้อยคำที่รุนแรง

อารมณ์ของประกาศคณะราษฎรแตกต่างกันมากกับอารมณ์ของโทรเลขที่ถูกส่งไปให้แด่พระบาทสมเด็จพระปกเกล้าเจ้าอยู่หัวซึ่งลงนามโดยพันเอกและทหารเสือทั้งสามนาย ได้แก่ พระยาพหลพลพยุหเสนา, พระยาทรงสุรเดช และพระยาฤทธิ์อัคเนย์ โทรเลขนี้ใช้ราชาศัพท์มีใจความว่า หากพระบาทสมเด็จพระปกเกล้าเจ้าอยู่หัวไม่ทรงปรารถนาที่จะเป็นพระมหากษัตริย์ภายใต้รัฐธรรมนูญ คณะราษฎรจะเต็มใจถอดพระองค์ออกและแทนที่ด้วยพระบรมวงศานุวงศ์พระองค์อื่น[18] แต่ถึงแม้ว่าจะใช้ราชาศัพท์ก็ตาม โทรเลขดังกล่าวย้ำพระองค์ด้วยถ้อยคำแข็งกร้าวว่าหากสมาชิกคณะราษฎรคนใดได้รับบาดเจ็บ พระบรมวงศานุวงศ์ที่ถูกคุมขังก็จะทรงทรมานไปด้วย[18]