Liderado por el Vicealmirante de la Armada, José Toribio Merino, y el comandante de la Fuerza Aérea, Gustavo Leigh, el golpe fue planificado para el 11 de septiembre, debido a que ese día el ejército se encontraba concentrado en Santiago por la celebración de las Glorias del Ejército. El 8 de septiembre, el general Arellano Stark solicitó el apoyo del general Pinochet, pero éste no dio una respuesta definitiva. Al día siguiente, Salvador Allende informó al Comandante en Jefe y otros generales del Ejército que había decidido convocar a un plebiscito, con el fin de dar una salida a la grave crisis política. Ese mismo día, los cabecillas del golpe contaron con el apoyo de Pinochet.

Los acontecimientos comenzaron a desarrollarse temprano. Informado de la sublevación de la Armada, Allende se dirigió raudamente al Palacio de La Moneda a las 7:30 horas, el que estaba custodiado por tanquetas de carabineros. Luego de conocido el primer comunicado de la Junta Militar, poco a poco se fueron retirando. Cuarenta y cinco minutos más tarde, se iniciaba el ataque al palacio de gobierno por tierra.

Cerca de las once de la mañana, el Presidente Salvador Allende dirigió su último mensaje al país, a través de una cadena de radioemisoras simpatizantes del gobierno. En éste señalaba su decisión de no abandonar la casa de gobierno. Agregaba que se mantendría firme en su postura de "seguir defendiendo a Chile".

Al mediodía se inició el bombardeo sobre La Moneda, el que se prolongó durante 15 minutos. Aviones Hawker Hunter de la Fuerza Aérea de Chile, luego de sobrevolar su objetivo, atacaron la sede del gobierno con cohetes "rockets" que destruyeron dependencias y provocaron el incendio del edificio. Pocos minutos después caía La Moneda y el Presidente Salvador Allende era encontrado muerto en el salón principal junto al arma con la cual se suicidó. Al día siguiente, toda la prensa del país mostraba en primera plana el Palacio de La Moneda destruido y humeante. Con tres siglos de historia y habiendo albergado a veintitrés presidentes de la República de Chile, éste nunca antes había sido destruido.