显德六年（959年）一月，周世宗正式对契丹用兵，他亲率大军自汴梁出发，直抵沧州，然后统步骑数万直入契丹境内，大军一路顺利，契丹军非逃即降，势如破竹，兵不血刃，连下莫、瀛、易三州及益津、瓦桥、淤口三关之地。正当周世宗准备向幽州进军时，由于身染重病，只得班师回朝。这年夏天，周世宗病逝于汴梁，终年三十九岁。
显德六年（959年）六月三十日，周世宗柴荣驾崩，继位的周恭帝柴宗训年仅七岁。赵匡胤此时任殿前都点检（禁卫军的最高长官）、兼宋州归德军节度使。
公元960年2月2日（正月初三日），赵匡胤统率大军出了东京城（今河南开封），行军至陈桥驿（今河南封丘东南陈桥镇）。当时，大军刚离开不久，东京城内起了一阵谣传说，“出军之日，当立点检为天子。”这个谣言不知是何人所传，但多数人不信，朝中文武百官也略知一二，已慌作一团。赵匡胤此时虽不在朝中，但东京城内所发生的一切他都了如指掌。
周世宗在位时，他正是用此计使驸马张永德被免去了殿前都点检的职务而由他接任。赵匡胤知道皇帝的心理，就怕自己的江山被人夺走，所以他们的疑心很重。这次故计重施，是为了造成朝廷的慌乱，并使他的军队除了绝对听命于他外别无他路。
赵匡胤统军夜宿距开封东北二十公里的陈桥驿（今河南封丘东南陈桥镇），兵变计划就开始了。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（后改名光义即宋太宗）和亲信赵普见时机成熟，便授意将士将事先准备好的黄袍披在假装醉酒刚醒的赵匡胤身上，并皆拜于庭下，呼喊万岁，遂拥立他为皇帝。赵匡胤却显示被迫的样子说：“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促间想率兵抵抗，但还没有召集军队，就被军校王彦升杀死。
而后，赵匡胤率兵回师开封，约束将士，严禁烧杀抢掠，“宋太祖陈桥之变，与众誓约不得惊动都人；入城之日，市不改肆”。赵匡胤陈桥兵变还京，只有京城巡检使韩通仓皇抵抗，但随即就被王彦升所杀。宰相范质率王溥、魏仁浦等人责问赵匡胤，帐前罗彦瓌拔剑厉声：“三军无主，众将议立检点为天子，再有异言者斩”。王溥面如土色，降阶下拜，范质亦拜，赵匡胤亲自扶起，以优礼待之。
几乎没有任何抵抗，正月初四日周恭帝禅位，赵匡胤即帝位，“宋太祖将受禅，未有禅文，翰林学士承旨陶榖在旁，出诸怀中而进之，曰：‘已成矣。’”。
赵匡胤即位后，初五日改国号为宋，改显德七年为建隆元年，定都开封，石守信、高怀德、张令铎、王审琦、张光翰、赵彦徽皆得授节度使位号，史称“陈桥兵变”。