翌年正月初一，风闻契丹和北汉发兵南下，后周执政大臣范质等人不辨真假，匆忙派遣赵匡胤统率诸军北上抵御。正月初三日，赵匡胤统率大军离开都城，夜宿距开封东北20公里的陈桥驿（今河南封丘东南陈桥镇），兵变计划就付诸实践了。这天晚上，赵匡胤的一些亲信在将士中散布议论，说“今皇帝幼弱，不能亲政，我们为国效力破敌，有谁知晓；不若先拥立赵匡胤为皇帝，然后再出发北征”。将士的兵变情绪很快就被煽动起来，这时赵匡胤的弟弟赵匡义（后改名光义即后来的宋太宗）和亲信赵普见时机成熟，便授意将士将一件事先准备好的皇帝登基的黄袍披在假装醉酒刚刚醒来的赵匡胤身上，并皆拜于庭下，呼喊万岁的声音几里外都能听到，遂拥立他为皇帝。赵匡胤却装出一副被迫的样子说：“你们自贪富贵，立我为天子，能从我命则可，不然，我不能为若主矣。”拥立者们一齐表示“惟命是听”。赵匡胤就当众宣布，回开封后，对后周的太后和小皇帝不得惊犯，对后周的公卿不得侵凌，对朝市府库不得侵掠，服从命令者有赏，违反命令者族诛，诸将士都应声“诺”！于是赵匡胤率兵变的队伍回师开封。
守备都城的主要禁军将领石守信、王审琦等人都是赵匡胤过去的“结社兄弟”，得悉兵变成功后便打开城门接应。当时在开封的后周禁军将领中，只有侍卫亲军马步军副都指挥使韩通在仓卒间想率兵抵抗，但还没有召集军队，就被军校王彦升杀死。陈桥兵变的将士兵不血刃就控制了后周的都城开封。
这时后周宰相范质等人才知道不辨军情真假，就仓促遣将是上了大当，但已无可奈何，只得率百官听命，翰林学士陶谷拿出一篇事先准备好的禅代诏书，宣布周恭帝退位。赵匡胤遂正式登皇帝位，轻易地夺敢了后周政权，改封恭帝柴宗训为郑王。由于赵匡胤在后周任归德军节度使的藩镇所在地是宋州（今河南商丘），遂以宋为国号，定都开封。历史上习惯把赵匡胤建立的赵宋王朝称作北宋，赵匡胤死后被尊为宋太祖。这就是历史上有名的“陈桥兵变、黄袍加身”故事的真相。
在北宋取代后周的过程中，因赵匡胤注意严肃军纪，一回开封就下令军队各归兵营，开封城中没有发生以往改朝换代时出现的侵稚丈鼻缆拥幕炻揖置妫
