1991年7月29日晚，戈尔巴乔夫与叶利钦等人的秘密谈话被克格勃窃听，这也成为了政变的导火索。在秘密谈话中，除了商谈联盟条约，还涉及人事调整。叶利钦要求撤换克格勃主席克留奇科夫和国防部长亚佐夫，但戈尔巴乔夫只同意撤换克留奇科夫和内务部长普戈，不同意换掉亚佐夫。
戈尔巴乔夫最担心的是叶利钦出尔反尔，不签署联盟条约。而克留奇科夫最担心的是一旦联盟条约签订，就会形成戈叶联盟，将自己解职。于是克留奇科夫就决定在8月20日前发动政变，8月16日和17日，克留奇科夫在克格勃召开会议，与同谋商谈政变事宜，同谋者有总理巴甫洛夫、国防部长亚佐夫、陆军统帅瓦连尼科夫大将、克格勃警卫局长普列汉诺夫、总统办公厅主任博尔金等人，副总统亚纳耶夫后来也被迫加入。
8月18日，政变者切断了戈尔巴乔夫的对外通讯，拘捕了他的警卫，当时戈尔巴乔夫正在克里米亚的福罗斯别墅度假，政变者故意挑选戈尔巴乔夫不在莫斯科的时候发动政变。政变者要求戈尔巴乔夫合作，但遭到拒绝。8月19日早，被政变者操控的苏联媒体，对外宣称戈尔巴乔夫因病不能履职，宣布国家进入紧急状态。
8月19日早，叶利钦得知政变的消息，就发出声明号召民众大罢工，反对政变，并从郊外别墅返回了俄罗斯议会大厦（即白宫）。白宫被坦克包围，叶利钦就站到了坦克上发表演讲。8月18日晚，克留奇科夫与巴甫洛夫等政变者拟定了一份逮捕名单，但并不包括叶利钦在内，政变者想与叶利钦谈判，将其争取过去。当时叶利钦的别墅已经被特种部队阿尔法小组包围，但没有对叶利钦采取行动。
8月19日上午十点，组成紧急状态委员会的政变者召开会议，得知叶利钦拒绝合作。在当天的一大早，政变者就让部队开进了莫斯科，封锁了城市要道，包围了电视台等。部队进城导致了交通拥堵，引起了民众不满，痛骂军队，但市民们对士兵个人很友善，一边给士兵送食物，一边质问他们为什么进城，是不是要对民众开枪。当天没有什么人响应叶利钦号召，进行罢工抗议，为此政变者认为掌控了局面。
8月19日晚上六点，政变者在外交部举行新闻发布会，副总统亚纳耶夫与内务部长普戈在发布会上露面。在记者提问环节，事先被安排好的《真理报》记者说，叶利钦号召大罢工将会导致最大的悲剧。发布会最初进展顺利，但接下去的外媒记者提问把发布会“搞砸了”。外媒记者不仅质疑戈尔巴乔夫的健康问题，还直接指出政变是违法的。
不是所有的媒体都被政变者完全控制，当晚就有媒体报道叶利钦的支持者正在设置路障，这让叶利钦的支持者知道该去哪里支持叶利钦。在记者会召开的同时，亚佐夫的夫人劝说亚佐夫退出紧急状态委员会，亚佐夫看完发布会上也失望透顶。政变者在发布会后聚集到了亚纳耶夫的办公室，先前的欢欣鼓舞已经荡然无存，政变者明白了叶利钦才是最大对手。
8月20日早，政变者浏览克格勃的备忘录，发现前一天犯了两个致命错误，一是没有将反对者隔离起来，从而让他们有机会串通（没有将叶利钦抓起来是政变者最大的失误）；二是没有控制住反对派的媒体。同时，戈尔巴乔夫身体健康的消息也开始散播开来，争取苏联议会支持的可能性也越来越小。于是，政变者决定开始对叶利钦的堡垒白宫采取行动。
在8月19日这一天，叶利钦颁布了一系列法令，宣布政变是违法的，俄罗斯境内的军队、内务部队、克格勃等机构应该服从俄罗斯总统。尽管有民众聚集到白宫声援，但响应罢工的人很少，叶利钦也做好了最坏打算。叶利钦竭尽所能地争取军方的支持，他首先争取到了伞兵司令格拉乔夫中将的支持。后来，叶利钦让格拉乔夫担任了国防部长。另外，包围白宫的塔曼师中也有一个坦克排倒向了叶利钦。
军队能否中立或倒戈，取决于民众的态度。莫斯科的市民们与执行戒严任务的士兵打成了一片，市民与士兵聊天畅谈，漂亮的姑娘和慈祥的老太太给士兵们送吃的喝的，这在无形之中瓦解了军心，让军队无法完成镇压民众的任务。亚佐夫对此深感震惊，为了消除亲民影响，军方对戒严部队进行了轮换。
8月20日，叶利钦呼吁民众到白宫前集会。独立电台“莫斯科回声电台”不畏政变者的威胁，也号召民众前往白宫聚集。结果有近十万民众聚集到了白宫前，叶利钦在阳台上对支持者发表了讲话。在这次聚会上，很多异议者和艺术家轮番登场演讲。20日这一天，苏共的外围组织打破了前一天的沉默，共青团、工会、科学院、院校等站出来谴责政变。同时，叶利钦和政变者都在争取美国的支持，最后美国选择支持叶利钦，谴责政变者。
驻扎在白宫周围的还有伞兵（106空降师的一个营），叶利钦劝说伞兵副司令列别德将军拒绝执行紧急状态委员会的命令，别列得则劝说叶利钦取代戈尔巴乔夫出任总司令。8月20日早，克留奇科夫和亚佐夫下达了进攻白宫的命令。到中午时，他们已经拟定了详细的作战计划，首先伞兵和防爆警察在午夜时分袭击白宫，驱散民众，扫清障碍，然后在凌晨三点由阿尔法突击队和B部队（由特警组成的克格勃“波浪”分队）负责抓捕叶利钦。
就在行动前夕，政变者内部出现了分裂，代总统亚纳耶夫起初不同意突击行动，随后又同意了。但是国防部长亚佐夫犹豫了，之前军方在第比利斯和维尔纽斯的镇压事件中感觉被政府利用了。叶利钦与军方一直保持联系，亚佐夫在20日的夜里让人带话给叶利钦：“我是俄罗斯人，我绝不会让我的军队沾满自己人民的鲜血。”
但是，在午夜时分枪声还是打响了，由陆军统帅瓦连尼科夫将军指挥的塔曼近卫师最先开火，向白宫发起了进攻。白宫的守卫者中有人是从阿富汗战场回来的老兵，他们点燃了装甲车，守卫者中有三人丧生，一人是被军车碾压致死，另外两人是被子弹击中。受到攻击的叶利钦准备逃往美国大使馆，但在中途叶利钦改变了主意，又返回了白宫。
亚佐夫收到消息后，下令停止开火。执行任务的军官收到命令后，松了一口气。内务部队也表示，如果军方不行动，他们也将按兵不动。克格勃的阿尔法突击队也拒绝进攻白宫，克留奇科夫只好取消了行动，准备对白宫采取长久包围的措施。
21日早晨，亚佐夫下令部队撤离莫斯科，这让其他的政变者很震惊，这也就意味着政变的军事手段破产了。于是，政变者与叶利钦开始争夺戈尔巴乔夫。但是，政变者被戈尔巴乔夫的警卫挡在了门外，戈尔巴乔夫拒绝会见。戈尔巴乔夫还打电话给总参谋长莫伊谢耶夫大将，要他保证叶利钦的飞机在克里米亚安全着陆。22日，戈尔巴乔夫被叶利钦的人接到了莫斯科。23日，叶利钦签署法令暂时禁止苏共在俄罗斯境内活动。24日，戈尔巴乔夫辞去总书记职务，建议苏共中央解散。同日，仅次于俄罗斯的乌克兰议会宣布独立。
政变失败后，政变者自杀的自杀，被捕的被捕。同时，大权也落到了叶利钦手里，他逼迫戈尔巴乔夫任命了新的国防部长和克格勃主席等实权人物，被任命为国防部长的沙波什尼科夫元帅原来是空军司令，与叶利钦关系密切。新克格勃主席巴卡京原来是戈尔巴乔夫的部下，但在政变期间成为了叶利钦的支持者。
八月政变发动者，于私来讲，是想保住自己的权力，于公来说，是想保住苏联，但他们想保住的是专制的老苏联，戈尔巴乔夫也想保住苏联，但是他想保住的是民主的新苏联。本来想保住苏联的政变者，在无意之中等于促使了苏联的解体，因为他们的政变导致了权力转移，让权力从戈尔巴乔夫手里转移到了叶利钦手中，而叶利钦不想要戈尔巴乔夫倡导的新苏联，而是要建立自己倡导的独联体。
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