翌年正月初一，風聞契丹和北漢發兵南下，後周執政大臣範質等人不辨真假，匆忙派遣趙匡胤統率諸軍北上抵禦。正月初三日，趙匡胤統率大軍離開都城，夜宿距開封東北20公里的陳橋驛（今河南封丘東南陳橋鎮），兵變計畫就付諸實踐了。這天晚上，趙匡胤的一些親信在將士中散佈議論，說「今皇帝幼弱，不能親政，我們為國效力破敵，有誰知曉；不若先擁立趙匡胤為皇帝，然後再出發北征」。將士的兵變情緒很快就被煽動起來，這時趙匡胤的弟弟趙匡義（後改名光義即後來的宋太宗）和親信趙普見時機成熟，便授意將士將一件事先準備好的皇帝登基的黃袍披在假裝醉酒剛剛醒來的趙匡胤身上，並皆拜於庭下，呼喊萬歲的聲音幾里外都能聽到，遂擁立他為皇帝。趙匡胤卻裝出一副被迫的樣子說：「你們自貪富貴，立我為天子，能從我命則可，不然，我不能為若主矣。」擁立者們一齊表示「惟命是聽」。趙匡胤就當眾宣布，回開封后，對後周的太后和小皇帝不得驚犯，對後周的公卿不得侵凌，對朝市府庫不得侵掠，服從命令者有賞，違反命令者族誅，諸將士都應聲「諾」！於是趙匡胤率兵變的隊伍回師開封。
守備都城的主要禁軍將領石守信、王審琦等人都是趙匡胤過去的「結社兄弟」，得悉兵變成功後便打開城門接應。當時在開封的後周禁軍將領中，只有侍衛親軍馬步軍副都指揮使韓通在倉卒間想率兵抵抗，但還沒有召集軍隊，就被軍校王彥升殺死。陳橋兵變的將士兵不血刃就控制了後周的都城開封。
這時後周宰相範質等人才知道不辨軍情真假，就倉促遣將是上了大當，但已無可奈何，只得率百官聽命，翰林學士陶谷拿出一篇事先準備好的禪代詔書，宣布周恭帝退位。趙匡胤遂正式登皇帝位，輕易地奪敢了後周政權，改封恭帝柴宗訓為鄭王。由於趙匡胤在後周任歸德軍節度使的藩鎮所在地是宋州（今河南商丘），遂以宋為國號，定都開封。歷史上習慣把趙匡胤建立的趙宋王朝稱作北宋，趙匡胤死後被尊為宋太祖。這就是歷史上有名的「陳橋兵變、黃袍加身」故事的真相。
在北宋取代後周的過程中，因趙匡胤注意嚴肅軍紀，一回開封就下令軍隊各歸兵營，開封城中沒有發生以往改朝換代時出現的侵稚丈鼻纜擁幕炻揖置媯
