สมเด็จพระเจ้าอยู่หัวภูมิพลอดุลยเดชทรงพระกรุณาโปรดเกล้าโปรดกระหม่อม กำหนดให้วันที่ 28 เมษายน พุทธศักราช 2493 เป็นวันประกอบพระราชพิธีราชาภิเษกสมรส ณ วังสระปทุม อันเป็นที่ประทับของสมเด็จพระศรีสวรินทิราบรมราชเทวี พระพันวัสสาอัยยิกาเจ้า เมื่อใกล้ถึงเวลาพระฤกษ์ เวลา 09.30 น. หม่อมเจ้านักขัตรมงคล กิติยากร ทรงนำหม่อมราชวงศ์สิริกิติ์ กิติยากร ไปยังวังสระปทุม สมเด็จพระเจ้าอยู่หัวภูมิพลอดุลยเดชทรงลงพระปรมาภิไธย และหม่อมราชวงศ์สิริกิติ์ ลงนามในสมุดทะเบียนสมรส ทรงพระกรุณาโปรดเกล้าฯ ให้ราชสักขี 2 คน คือ จอมพล ป. พิบูลสงคราม นายกรัฐมนตรี ในขณะนั้น, พลเอกมังกร พรหมโยธี รัฐมนตรีว่าการกระทรวงมหาดไทย ในขณะนั้น ร่วมลงนามด้วย เช่นเดียวกับสมเด็จพระเจ้าบรมวงศ์เธอ กรมพระยาชัยนาทนเรนทร พระราชปิตุลา[ต้องการอ้างอิง]

เมื่อสมเด็จพระศรีสวรินทิราบรมราชเทวี พระพันวัสสาอัยยิกาเจ้า เสด็จออก ณ ชั้น 2 ของพระตำหนักแล้ว สมเด็จพระเจ้าอยู่หัวภูมิพลอดุลยเดชและหม่อมราชวงศ์สิริกิติ์ฯ ทูลเกล้าฯ ถวายดอกไม้ธูปเทียนเครื่องราชสักการะ สมเด็จพระพันวัสสาอัยยิกาเจ้า ประทานน้ำพระพุทธมนต์ เทพมนต์ แด่สมเด็จพระเจ้าอยู่หัวภูมิพลอดุลยเดช และพระราชทานน้ำพระพุทธมนต์ เทพมนต์แก่หม่อมราชวงศ์สิริกิติ์ ตามโบราณราชประเพณี พระบรมวงศานุวงศ์ ข้าราชการ และบุคคลที่ได้รับเชิญมาร่วมในพระราชพิธี ทูลเกล้าฯ ถวายของขวัญ ในโอกาสนี้ ทรงพระกรุณาโปรดเกล้าฯ พระราชทานของที่ระลึกเป็นหีบบุหรี่เงินขนาดเล็ก ประดับอักษรพระนามาภิไธยย่อ ภ.อ. และ ส.ก

ต่อมา ทรงพระกรุณาโปรดเกล้าโปรดกระหม่อม ให้อาลักษณ์อ่านประกาศสถาปนาหม่อมราชวงศ์สิริกิติ์ พระอัครมเหสี เป็นสมเด็จพระราชินีสิริกิติ์ และพระราชทานเครื่องราชอิสริยาภรณ์มหาจักรีบรมราชวงศ์แก่สมเด็จพระราชินีในโอกาสนี้ด้วย เมื่อเวลา 16.00 น. ของวันเดียวกันนี้ ทั้งสองพระองค์ได้เสด็จออกมหาสมาคม ณ พระที่นั่งไพศาลทักษิณ ในพระบรมมหาราชวัง พระราชทานพระราชวโรกาสให้พระบรมวงศานุวงศ์ เข้าเฝ้าฯ ถวายพระพรชัยมงคล แล้วเสด็จออก ณ พระที่นั่งอมรินทรวินิจฉัยให้คณะองคมนตรี คณะรัฐมนตรี สมาชิกรัฐสภา ข้าราชการและคณะทูตานุทูต เฝ้าฯ ถวายพระพรชัยมงคล

ในวันรุ่งขึ้น คือวันที่ 29 เมษายน พุทธศักราช 2493 ทั้งสองพระองค์เสด็จแปรพระราชฐานโดยรถไฟพระที่นั่งไปประทับ ณ วังไกลกังวล อำเภอหัวหิน จังหวัดประจวบคีรีขันธ์ เป็นเวลา 5 วัน