Было решено, что на следующую ночь гвардейцы арестуют Антона-Ульриха и Анну Леопольдовну. Для того чтобы быть уверенным в успехе, Грюнштейн предложил цесаревне выдать деньги на жалованье гвардейцам. У Елизаветы денег не было, но на следующее утро она отдала петербургским ювелирам свои бриллианты под залог и получила необходимую сумму.

В одиннадцать часов вечера 24 ноября Грюнштейн с двенадцатью гвардейцами, его приятелями, пришли к цесаревне и заявили, что для них предпочтительнее совершить государственный переворот, нежели идти среди зимы под Выборг.

Елизавета собрала у себя людей, которым абсолютно доверяла. Это были: Лесток, Шварц, Алексей Разумовский, трое Шуваловых — Пётр, Александр и Иван, Михаил Воронцов, дядя Анны Ивановны Василий Салтыков и дядья цесаревны — Карл и Фридрих Скавронские, Симон Гендриков, Михаил Ефимовский и принц Эссен-Гомбургский с женою. И хотя все собравшиеся были достаточно единодушны, главная героиня заговора, Елизавета, всё ещё колебалась.

Тогда Лесток надел ей на шею орден Святой Екатерины, учреждённый в память о мужестве и предприимчивости её матери, дал в руки серебряное распятие и вывел из дворца к ожидавшим у ворот саням. Усадив цесаревну в сани, Лесток сел с нею рядом, а Воронцов и Иван Шувалов встали на запятки, за ними следом помчались Грюнштейн с товарищами, Разумовский, Салтыков и Шуваловы — Александр и Пётр.

Все заговорщики остановились возле кордегардии Преображенского полка и попытались пройти в казармы, но часовой ударил в барабан, выбивая сигнал тревоги. Тогда Лесток ударом кинжала пробил барабанную шкуру, и Грюнштейн с товарищами побежали в казармы полка. Преображенцы жили не в корпусах, а в отдельных избах, и их военный городок представлял собою деревню. Здесь жили солдаты, сержанты, капралы и дежурные офицеры, а свободные от службы офицеры ночевали по своим особнякам в городе. Заговорщики разбудили всех, и Елизавета вышла к собравшимся с распятием в руках.

Она взяла с них клятву верности и приказала никого не убивать. Солдаты поклялись, и 364 человека пошли по Невскому проспекту к Зимнему дворцу. У Адмиралтейства заговорщики остановились. Лесток отобрал ударную группу из двадцати пяти человек, а из их числа выбрал восемь солдат, которые, изобразив ночной патруль, подошли к четырём часовым, стоявшим у входа в Зимний и, внезапно напав на них, обезоружили.

Затем заговорщики пошли во дворец, арестовали Анну Леопольдовну и Антона-Ульриха, а младенца Ивана передали на руки Елизавете Петровне. Она бережно завернула ребёнка в тёплое одеяло и повезла к себе во дворец, приговаривая: «Бедный, невинный крошка! Во всём виноваты только твои родители!» Разумеется, это было бесспорно, да только «бедный невинный крошка» после того двадцать два года просидел в разных секретных тюрьмах и в конце концов 4 июля 1764 года в возрасте двадцати четырёх лет был убит стражей при попытке освободить его из Шлиссельбургской крепости подпоручиком Смоленского пехотного полка Василием Яковлевичем Мировичем...

Под утро 25 ноября Елизавета привезла в свой дворец не только низложенного императора-младенца, но и его родителей, где их всех взяли под арест. Кроме герцогской четы были арестованы ещё шесть человек: Юлия Менгден, Головкин, Остерман, Миних, Левенвольде и Лопухин.

Чтобы навсегда расстаться с «брауншвейгской фамилией», забегая вперёд скажем, что сначала их всех решили выслать на родину, но, довезя до Риги, посадили там в крепость, а затем стали перевозить как арестантов из одного острога в другой.

Анна Леопольдовна умерла от неудачных родов 7 марта 1746 года в Холмогорах, под Архангельском, на двадцать восьмом году жизни. После неё на руках Антона-Ульриха осталось пятеро детей — Иван, Пётр, Алексей, Елизавета и Екатерина. Заметим, что имена детей были родовыми, царскими, и даже это, казалось, таило в себе определённую опасность.

Тело Анны Леопольдовны, по приказу Елизаветы, увезли в Петербург и там торжественно похоронили в Благовещенской церкви Александро-Невского монастыря, объявив, что причиной смерти была горячка-«огневица», а не роды, так как появление на свет нового претендента на трон нужно было скрыть.