脫軌
1991年8月19日 16:00，亞納耶夫宣布莫斯科進入緊急狀態。
17:00，亞納耶夫召開記者會，告訴大家沒有露面的戈爾巴喬夫，因為“多年辛勞使他變得非常疲倦並須要時間休息以恢複健康”，亞納耶夫說國家緊急委員會將繼續改革。不過，顫抖的手和不安表情已經讓大家窺見了“謊言”下的孱[chán]弱。
晚上，集會人群已經達到約一萬，葉利欽在俄羅斯議會大廈，被稱作白宮的陽台上，把這次鬥爭形容為一場民主與獨裁的戰爭，繼續號召更大規糢的示威行動。數以萬計的民眾嚮應號召，不斷上街示威。第二天，在莫斯科，示威群眾估計達到15萬。在列寧格勒（現改稱為聖彼得堡），約有25萬群眾上街。
莫斯科市民的反抗超出了政變者的預期。亞納耶夫迅速指派尼尼古拉·瓦西里耶維奇·加里寧（俄語：Николай Васильевич Калинин 1937年5月10日-2008年3月7日，蘇聯陸軍上將，1987年8月至1989年1月指揮蘇聯空降兵部隊，後就任莫斯科軍區司令）將軍為莫斯科軍事總指揮的莫斯科軍區司令員，並宣布莫斯科晚上23點到早上5點宵禁，命令當天生效。
在當天下午，克留奇科夫、亞佐夫和普戈做出了進攻莫斯科白宮的決定，並得到國家緊急委員會其他成員的支持。克格勃的根尼·阿格耶夫將軍、克留奇科夫的代理人和陸軍將領阿恰洛夫、亞佐夫的代理人計劃發起“雷霆作戰”，由克格勃特種部隊阿爾法小組（代表俄語第一個西里爾字母А）和維姆佩爾組（代表俄語第二個西里爾字母В，借用德文的“信號旗”）負責執行。同時傘兵部隊、莫斯科俄羅斯特種警察部隊、內務軍捷爾任斯基師、三個坦克連和一個直升機中隊進行支援。
為了計劃的可靠實施，傘兵部隊副指揮官亞历山大·伊萬諾維奇·列別德（俄語：Александр Иванович Лебедь；1950年4月20日-2002年4月28日），混入莫斯科白宮附近的人群以評估執行類似作戰的可能。在卡爾普欣，和維姆佩爾組指揮官別斯科夫上校進行了評估之後，他們認為，有把握在二、三十分鐘內占領白宮，但大廈內有約500人的武裝小組，會導致可怕的流血。此時進攻白宮的命令也遭到20多名基層指揮人員的拒絕。於是，兩個人試圖說服克格勃的根尼·阿格耶夫將軍，停止武力占領白宮的行動。由此可見，人性，總有光輝一閃的時刻。
白宮的防守者並沒有武裝。領導白宮臨時防衛總部的人是康斯坦丁·科別茨將軍和一位俄羅斯蘇維埃聯邦社會主義共和國人大代表，這位人大代表可運用的人包括一些自願參與防衛白宮的將軍和高級軍官，其中一些已經退役。
8月20日晚上22點30分，以耶夫多基莫夫少校指揮的一個塔曼師坦克連，倒向俄羅斯議會一邊，並開抵大廈周圍。當夜，蘇聯空降軍總司令帕維爾·謝爾蓋耶維奇·格拉喬夫（俄語：Па́вел Серге́евич Грачёв，1948年1月1日-2012年9月23日）派圖拉（俄語：Тура́）第106空降師師長列別德將軍來白宮探察情況。列別德告訴葉利欽，停在白宮周圍的8輛裝甲運兵車將參加白宮的防禦。列別德還建議葉利欽，蘇聯的最高總司令是戈爾巴喬夫，現在去向不明，葉利欽作為俄羅斯總統有權統率俄羅斯武裝力量。應該立即以俄羅斯境內最高總司令的地位，統率俄羅斯武裝力量。列別德可謂一句話點醒夢中人。
流血
8月21日約淩晨一時，第2近衛“塔曼”摩托化步兵師（俄語：гвардейская мотострелковая Таманская дивизия，簡稱塔曼師或塔曼近衛師，1943年因參與解放塔曼半島的作戰而得名。該師隸屬於西部軍區，其基地位於阿普雷列夫卡附近。作為一支快速反應部隊，塔曼師必須保證其80％的人員和100％的武器裝備能夠隨時被調動）的一個步兵戰車縱隊從距克里姆林宮不遠處開始前進，當行駛到被由無軌電車和清路機構築的路障所阻的隧道後，一個反抗者德米特里·科馬爾爬上了一輛步兵戰車，企圖以帆布堵塞觀測孔，被步兵戰車射殺。另一個反抗者弗拉基米爾·烏索夫嘗試幫助他，也被射死（可能是被非蓄意的跳彈擊中），在差不多同一時間，第三個反抗者伊利亞·克里切夫斯基，也因不明原因被射殺，另有多人受傷。流血導致憤怒的反抗者們放火焚燒了該步兵戰車，但未有縱隊士兵死亡。
這是八一九政變唯一的一次雙方沖突。其後，政變者們展現出來的懦弱，不過是為自己的後路做出一個“有面子”的選擇。政變已經註定失敗，但他們期望有一個好看的姿勢落地，僅此而已。
21日 8:00，部隊撤離莫斯科。國家緊急狀態委員會成員在國防部進行了最後的會議，然後派遣克留奇科夫、亞佐夫、巴克拉諾夫、蒂賈科夫、蘇聯最高蘇維埃主席阿納托利·盧基揚諾夫和蘇聯共產黨副總書記弗拉基米爾·伊瓦什科飛到克里米亞期望和戈爾巴喬夫商議一個體面的結果。戈爾巴喬夫拒絕會面，反而在他所在的別墅通訊恢複後，於下午17點宣布廢除所有國家緊急狀態委員會的決定並免除其成員的政府職位，蘇聯總檢察署遂嘗試開始調查此次政變。
晚間22點，時任戈爾巴喬夫總統軍事顧問，曾任蘇聯紅軍總參謀長兼國防部第一副部長、蘇聯最高蘇維埃主席團主席顧問的謝爾蓋·費奧多羅維奇·阿赫羅梅耶夫（俄語：Сергей Фёдорович Ахромеев；1923年5月5日-1991年8月24日，1983年被授予蘇聯元帥軍銜。他任蘇軍第一副參謀長時制定了蘇聯入侵阿富汗戰爭的軍事計劃，1984–1988年擔任總參謀長）元帥，在克里姆林宮的一間辦公室中被發現上吊自殺，他生前留下了五張手寫紙條。
葉利欽宣布他作為俄羅斯總統“從下午17點起，開始接管俄聯邦境內的武裝部隊，直到憲政機構和國家權力機構的活動完全恢複正常為止”，並要求部署在俄境內的蘇軍和克格勃部隊，必須在原地待命，已調離的部隊必須返回原駐地。軍隊中第一個站出來嚮應葉利欽並宣誓向俄羅斯總統葉利欽效忠的是蘇聯空降軍總司令格拉喬夫。政變結束後，格拉喬夫被任命為俄羅斯國防部部長。
8月22日清晨，克留奇科夫、亞佐夫和蒂賈科夫在回到莫斯科後即在機場被逮捕。
雖然筋疲力盡，但是面露微笑的戈爾巴喬夫，也在8月22日返回莫斯科。
8月22日上午，亞納耶夫在他的辦公室被捕。
同日，俄羅斯最高蘇維埃發布1627/1–1號決議宣布，俄羅斯在历史上的白藍紅國旗為俄羅斯官方國旗，替代蘇聯紅旗。
8月23日，普戈在槍殺了妻子後自殺。帕夫洛夫和斯塔羅杜布採夫同日被捕。
孤勇者和時間賽跑，獨裁者只和坦克在一起。
— — 旭
8月23日-24日晚間，位於盧比揚卡國家安全委員會總部前的契卡創始人費利克斯·埃德蒙多維奇·捷爾任斯基（俄語：Фе́ликс Эдму́ндович Дзержи́нский；波蘭語：Feliks Dzierżyński，[ˈfɛliks dʑerˈʐɨɲsci]；1877年9月11日-1926年7月20日，波蘭裔白俄羅斯什拉赫塔， 波蘭和俄羅斯職業革命家。蘇聯克格勃的前身──全俄肅反委員會[簡稱“契卡”]的創始人）紀念碑被拆除。
莫斯科市民的反抗超出了政變者的預期。亞納耶夫迅速指派尼尼古拉·瓦西里耶維奇·加里寧（俄語：Николай Васильевич Калинин 1937年5月10日-2008年3月7日，蘇聯陸軍上將，1987年8月至1989年1月指揮蘇聯空降兵部隊，後就任莫斯科軍區司令）將軍為莫斯科軍事總指揮的莫斯科軍區司令員，並宣布莫斯科晚上23點到早上5點宵禁，命令當天生效。
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