Съезд открылся 25 октября (7 ноября) в 10 ч 40 мин вечера, в разгар Октябрьского вооружённого восстания, в котором приняли участие многие делегаты, прибывшие с мест. На съезде было представлено 402 Совета: из них 195 объединённых Советов рабочих и солдатских депутатов, 119 Советов рабочих и солдатских депутатов, с участием крестьянских депутатов, 46 Советов рабочих депутатов, 22 Совета солдатских и матросских депутатов, 19 Советов крестьянских депутатов и 1 Совет казачьих депутатов. Делегаты выражали волю трудящихся всех народов многонациональной России.
По данным бюро всех фракций, к открытию съезда насчитывалось 649 делегатов, из них: 390 большевиков, 160 эсеров, 72 меньшевика, 14 объединённых интернационалистов, 6 меньшевиков-интернационалистов, 7 украинских социалистов. К концу съезда насчитывалось 625 делегатов, из них: 390 большевиков, 179 левых эсеров, 35 объединённых интернационалистов, 21 украинский социалист.
В президиум съезда вошли от РСДРП (б) 14 делегатов во главе с В. И. Лениным, который находился здесь же в Смольном и руководил завершающими операциями восстания, на первом заседании не присутствовал; от левых эсеров — 7 делегатов, от украинских социалистов — 1 делегат. Первое заседание началось с прений по вопросу о полномочиях съезда. Меньшевики и правые эсеры, бундовцы и другие, огласив декларации протеста «против военного заговора и захвата власти» , покинули съезд. В 2 ч 40 мин ночи был объявлен перерыв. В 3 ч 10 мин утра заседание возобновилось. Бурей оваций встретил съезд сообщение о взятии Зимнего дворца и аресте Временного правительства. Приступив к рассмотрению вопроса о власти, съезд в 5 ч утра подавляющим большинством делегатов (при 2 против и 12 воздержавшихся) принял написанное В. И. Лениным и зачитанное А. В. Луначарским обращение к «Рабочим, солдатам и крестьянам!» . В нём говорилось, что съезд берёт власть в свои руки, а на местах вся власть переходит к Советам рабочих, солдатских и крестьянских депутатов, которые и должны обеспечить подлинный революционный порядок. Левые эсеры присоединились к обращению. Первое заседание закрылось в 5 ч 15 мин утра.
Второе заседание началось 26 октября в 9 ч вечера. По двум основным вопросам повестки дня — о мире и о земле — выступил В. И. Ленин. Он зачитал написанный им Декрет о мире. Декрет был принят съездом единогласно (около 11 ч вечера 26 октября) . В 2 ч ночи съезд принял большинством делегатов (при 1 против и 8 воздержавшихся) написанный и зачитанный В. И. Лениным Декрет о земле. По вопросу об организации Советского правительства предложение внесла фракция большевиков. Против этого предложения выступили меньшевики-интернационалисты, левые эсеры, делегат Викжеля, требовавшие создания правительства из эсеров, меньшевиков и большевиков. Подавляющим большинством голосов в 4 ч утра съезд принял постановление об организации власти, предложенное большевиками. Съезд избрал новый состав ВЦИК в количестве 101 члена, в их числе 62 большевика, 29 левых эсеров и др. Управление страной съезд возложил на Совет Народных Комиссаров (СНК) , в состав которого из-за отказа левых эсеров вошли только большевики. Председателем СНК был избран В. И. Ленин. На втором заседании съезда были приняты также постановления: о переходе власти на местах к Советам; об освобождении арестованных членов земельного комитетов; об отмене смертной казни на фронте; о немедленном аресте главы бывшего Временного буржуазного правительства А. Ф. Керенского; о борьбе с контрреволюционными выступлениями; об образовании в армии временных революционных комитетов. Были приняты обращения к казакам с призывом переходить на сторону Советской власти и к железнодорожникам — о сохранении порядка на железной дороге. В 5 ч 15 мин утра 27 октября съезд закончил работу. Съезд знаменовал собой историческую победу социалистической революции в России, положил начало образованию Республики Советов.