В ночь на 28.02(13.03).1917 Временный комитет Государственной думы во главе с октябристом Родзянко, поддержанный кадетом Милюковым, самостоятельным решением принял на себя правительственные полномочия, объявив, что берёт на себя функцию восстановления государственного и общественного порядка.

В стране образовалось двоевластие: с одной стороны, было Временное правительство, идущее по пути парламентаризма и преследующее цель создания России капиталистической, либеральной, верной обязательствам перед своими англо-французскими союзниками; с другой — был стихийно образованный днём ранее Петроградский совет рабочих и солдатских депутатов во главе с Чхеидзе, создатели которого, эсеры и социал-демократы (меньшевики и большевики), рассчитывали на формирование прямой революционной "власти трудовых масс".

Правый фланг политических партий был представлен сторонниками конституционной монархии из числа генералитета, консервативного офицерства, черносотенцев и октябристов. Центром притяжения стали кадеты, оказавшиеся после февраля на правом крыле политического спектра. Среди правых сил крепла идея создания "сильной власти" путём усиления роли государства в политической системе общества и соответственного уменьшения роли Советов, вплоть до установления режима военной диктатуры. При этом решение вопроса о будущей форме правления откладывалось до Учредительного собрания.

По согласованию с Петросоветом Временный комитет назначил министром-председателем и министром внутренних дел Временного правительства князя Георгия Евгеньевича Львов, возглавлявшего до этого объединённый комитет Земского союза и Союза городов (ЗЕМГОР). Из Петросовета в правительство (в качестве министра юстиции) вошёл только Керенский. В Петросовете он исполнял должность товарища (заместителя) председателя исполкома. Министром иностранных дел стал Милюков, а военным и морским министром — Гучков. 9 (22) марта Временное правительство было признано правительством США, 11 (24) марта — правительствами Великобритании и Франции.

По инициативе Керенского в России был упразднён Департамент полиции и жандармерия, отменена смертная казнь и военно-полевые суды. Была объявлена общая политическая амнистия и одновременно были сокращены наполовину сроки заключения лицам, содержавшимся под стражей по приговорам за общие уголовные преступления. На свободе оказались около 90 тыс. заключённых, среди которых были тысячи воров и налётчиков, прозванных в народе "птенцами Керенского".

Должности генерал-губернаторов, губернаторов и градоначальников упразднялись и заменялись комиссарами Временного правительства. Охрана общественного порядка была возложена на милицию, формирование которой было поручено губернским комиссарам. Значительно расширились полномочия земских и городских органов самоуправления. Были учреждены волостные земские собрания (с управами как исполнительными органами). Волостные и уездные земские учреждения стали избираться на всеобщих прямых и равных выборах при тайном голосовании. Руководил всей системой земских учреждений Всероссийский земский союз.

В первые же дни революции Петроградский совет рабочих и солдатских депутатов издал знаменитый "приказ № 1", который предусматривал выборы в войсках комитетов из нижних чинов, передачу оружия под контроль солдатских комитетов. Таким образом приказ нарушал основополагающий для любой армии принцип единоначалия; в результате произошло резкое падение дисциплины и боеспособности русской армии, что в конечном итоге способствовало её развалу. В армии была проведена чистка командного состава, в результате которой было уволено около половины действующих генералов.

1 (14) мая разразился первый правительственный кризис после ноты Милюкова правительствам Англии и Франции, в которой Временное правительство обещало продолжать войну до победного конца и выполнить все договоры царского правительства. Это привело к народному возмущению, которое перелилось в двухдневные массовые антиправительственные митинги и демонстрации с требованием немедленного прекращения войны, отставки Милюкова и Гучкова и передачи власти Советам. 5 (18) мая Гучков и Милюков подали в отставку, после чего пост военного министра занял Керенский, вступивший в партию эсеров. В состав правительства вошли меньшевики Церетели и Скобелев, эсер Чернов.

Взяв курс на продолжение войны "до победного конца", Временное правительство столкнулось с проблемами — демократизация армии сделала её неуправляемой. После провала июньского наступления русской армии сотни офицеров, заподозренных в "контрреволюции", были арестованы солдатами и многие из них убиты. В июле правительство было вынуждено восстановить на фронте упразднённые после революции военно-полевые суды, но это не поправило дела.

В армии началось массовое дезертирство, которое в августе-сентябре достигало нескольких десятков тысяч в день. С июня по октябрь 1917 года более двух миллионов солдат покинули части разлагавшейся армии. Их возвращение в родные деревни усиливало там беспорядки. В городах вооружённые солдаты втянулись в политическую жизнь и подвергались большевизации.

Первый Всероссийский съезд Советов рабочих и солдатских депутатов, прошедший 3-24 июня (16 июня - 7 июля), на котором преобладали эсеры и меньшевики, поддержал коалиционное правительство и отклонил требование большевиков о прекращении войны и передаче власти Советам. Участием в коалиционном правительстве меньшевики и эсеры уступили "протестное поле" большевикам, не получив при этом никакой выгоды от участия в правительстве, с каждым днём всё менее влияющим на положение в стране.

18 июня (1 июля )меньшевики и эсеры организовали в Петрограде общеполитическую демонстрацию под знаком доверия Временному правительству. Но вопреки их ожиданиям, одемонстрация, в организации которой участвовали большевики и которая собрала около 500 тыс. человек, прошла под лозунгами "Вся власть Советам!", "Долой 10 министров-капиталистов!", "Хлеба, мира, свободы!". Под этими же лозунгами прошли демонстрации в Москве, Минске, Иваново-Вознесенске, Твери, Нижнем Новгороде, Харькове и др. городах.

3 (16) июля в Петрограде начались антиправительственные выступления, в которых активное участие приняли большевики. Демонстрация, заявленная как мирная, быстро переросла в вооружённое противостояние демонстрантов с частями Петроградского гарнизона, верными правительству. В результате правительственного кризиса 7 (20) июля Львов ушёл в отставку с постов главы кабинета и министра внутренних дел, после чего Временное правительство возглавил военный и морской министр Керенский. Возглавляемое им Временное правительство ввело в Петрограде военное положение, начало преследование партии большевиков, которые ушли в подполье, расформировало части, принимавшие участие в демонстрации и ввело смертную казнь на фронте.

24 июля (6 августа) было сформировано второе коалиционное правительство, в которое вошли 7 эсеров и меньшевиков, 4 кадета, 2 радикальных демократа и 2 беспартийных, но, по существу, оно реализовывало кадетскую программу. В этот период в стране фактически установился режим "бонапартизма" Керенского, который свернул демократизацию общественного строя путём усиления карательных функций государства.

Корнилов, на основании предварительной договоренности с Керенским, двинул на Петроград войска под командованием генерала Крымова, однако в последний момент, боясь потерять власть, министр-председатель отказался поддержать выступление, назвав действия Верховного главнокомандующего "контрреволюционным мятежом". В результате этого предательства генерал Крымов был вынужден застрелиться. Неудача корниловского переворота вызвала окончательный кризис Временного правительства, переставшего контролировать все традиционные рычаги власти и положило начало процессу большевизации Советов и повышению их авторитета среди революционных масс.

Кадетам, поддержавшим мятеж, пришлось покинуть правительство. 1 (14) сентября Керенский образовал новый орган власти из пяти основных министров — Директорию. Директория под давлением Советов провозгласила Россию республикой.

Падение российской монархии вызвало резкий рост центробежных тенденций, стремления к национальному самоопределению. Начался распад империи. Полной независимости потребовали лишь Польша и Финляндия. Польша к тому времени была оккупирована Германией, и Временное правительство признало право на её государственное отделение, одновременно отказав в самоопределении Финляндии (до решения Учредительного собрания) и разогнав в июле её сейм, поскольку Финляндия была нужна в качестве плацдарма и базы русского флота.

В Закавказье фактически возникло троевластие — наряду с комитетами Временного правительства и Советами здесь действовали различные национальные комитеты, которые и владели реальной ситуацией на местах, обладая авторитетом среди представителей своей национальности.

На Всеукраинском военном съезде в мае 1917 было выдвинуто требование реорганизации армии по национально-территориальному принципу, формирование украинской национальной армии и "украинизации" Черноморского флота и отдельных кораблей Балтийского флота. 10 (23) июня на заседании Комитета Центральной рады был принят Первый Универсал, провозгласивший в одностороннем порядке национально-территориальную автономию Украины в составе России. Центральная рада претендовала на включение в состав автономии девяти губерний Юга России (Временное правительство дало согласие лишь на пять. Харьковская, Таврическая, Екатеринославская и Херсонская губернии признавались "не связанными с малороссийским народом").

20 октября (3 ноября) во Владикавказе, было подписано соглашение о создании Юго-Восточного союза казачьих войск, горцев Кавказа и вольных народов степей — объединения Донского, Кубанского, Терского и Астраханского казачьих войск, а также представителей калмыков, горских народов Дагестана и Закатальского округа, Терского Края, Кубанского Края, Сухумского Края, степных народов Терского Края и Ставропольской губернии — как государственно-территориальной единицы, управляемой на принципах конфедерации.

4 (17) октября Войсковая рада кубанских казаков в Екатеринодаре огласила проект управления Кубанской республикой, согласно которому она являлась равноправным членом Союза народов, населяющих Россию.

В октябре правительство учредило Особую комиссию Юридического совещания по составлению проекта основных государственных законов. Эта комиссия разрабатывала проект новой конституции, по которой Россия становилась буржуазной республикой во главе с обладавшим широчайшими полномочиями президентом, избираемым Учредительным собранием на один год и двухпалатным парламентом. Однако закончить работу она не успела. 26 октября (8 ноября) в 2 часа 10 минут Временное правительство было арестовано. Началась Октябрьская революция.