Главные силы революционных матросов устремились к Зимнему дворцу со стороны Адмиралтейской набережной и Александровского сада. Это были кронштадтские отряды В.И. Алешина, Н.К. Антипова, Ф.С. Кузнецова-Ломакина, В.С. Мясникова, П.И. Смирнова, И.Д. Сладкова, Ф.Д. Степанова. Один отряд авроровцев, возглавляемый А.С. Неволиным, высадился на набережной и присоединился к кронштадтцам в Александровском саду, второй отряд авроровцев под командованием К.И. Душенова штурмовал Зимний со стороны Адмиралтейской набережной. По Дворцовой площади со стороны арки Главного штаба вместе с солдатами и красногвардейцами бросились к Зимнему дворцу матросы эсминцев «Изяслав» и «Константин» под командованием В.С. Трофимова и матросы 2-го Балтийского флотского экипажа под командованием С.Д. Павлова. Со стороны Миллионной улицы в первых рядах бежали матросы Морского полигона и судна «Народоволец». Вскоре отдельные отряды матросов, красногвардейцев и солдат начали проникать через Комендантский подъезд, боковые входы и окна в Зимний дворец. Спустя два часа, практически без какого-либо серьезного сопротивления, Зимний дворец был занят восставшими. Согласно легендам советского времени, первым в Зимний дворец ворвался боевой матрос, балтиец А. Дрогов. Это в его уста поэт революции В.В. Маяковский вложит потом слова: «Которые тут временные, слазь! Кончилось ваше время».

Из воспоминаний участника штурма Зимнего анархиста Федора Другова: «...В конце Невского двигались одинокие прохожие, некоторые с винтовками и пулеметами. На площади у Исаакиевского собора расположился бивак матросов 2-го Балтийского экипажа. Такая мирная обстановка меня поразила. В Смольном известно, что Временное правительство решило защищать свою власть, и там уверены, что без штурма Зимнего не обойтись, — а здесь не только нет достаточной осады, кругом дыры, но и те незначительные части, что кое-где стоят, благодушно настроены и не чувствуют боевой обстановки. Я пересек Дворцовую площадь и подошел к группе штатских, среди которых находилось несколько матросов... Захватив на Невском первую попавшуюся машину, я приехал в Смольный. Обрисовал печальную картину, сложившуюся вокруг Зимнего, Антонову. Антонов, тряся длинной шевелюрой, удивился моему рассказу: “Как? А мне только что сообщили, что Временное правительство сдалось и Зимний плотно оцеплен нашими войсками. Я сейчас же приму меры. Спасибо, товарищ!”

...Когда я вернулся к Зимнему, вокруг него царило уже большое оживление. Разношерстные группы гнездились за каждым прикрытием. Это не были организованные отряды, это была обычная революционная толпа, которой никто не руководил, но которая собралась сюда поодиночке со всех концов города, как только раздались первые выстрелы — признак революции. Тут были матросы, рабочие, солдаты и просто неопределенные лица. Это была стихия... Время от времени они оглашали площадь выстрелами...»