Thời cơ khởi nghĩa giành chính quyền đã chín muồi. Đêm ngày 13-8-1945, Ủy ban khởi nghĩa toàn quốc ra Quân lệnh số một truyền lệnh tổng khởi nghĩa trên phạm vi cả nước. Đêm ngày 17-8-1945, Xứ ủy Bắc Kỳ họp và quyết định khởi nghĩa trong toàn xứ. Ngày 18-8-1945, lệnh khởi nghĩa của Xứ ủy được truyền tới Hòa Bình. Ngay ngày hôm đó, đồng chí Vũ Thơ, Trưởng ban chỉ huy khởi nghĩa tỉnh đã kịp thời phát lệnh khởi nghĩa, giao nhiệm vụ cụ thể cho từng khu căn cứ, chi bộ thị xã và các cơ sở khác trong tỉnh với phương án là tập trung lãnh đạo khởi nghĩa ở một điểm chắc thắng rồi từ đó tiến lên giành chính quyền tỉnh và các châu khác. Ban chỉ huy khởi nghĩa quyết định chọn châu Lạc Sơn (bao gồm cả huyện Tân Lạc ngày nay) là điểm đầu tiên.
Lệnh khởi nghĩa truyền đi tới đâu là ở đấy cán bộ và quần chúng phấn khởi, khẩn trương hành động. Khắp núi rừng trong tỉnh dấy lên một khí thế cách mạng sục sôi chưa từng có.
Theo đúng kế hoạch đã định, ngày 20-8-1945, đơn vị vũ trang tập trung, tự vệ chiến đấu và quần chúng từ khu căn cứ Mường Khói rầm rộ tiến ra Vụ Bản. Nhân dân thị trấn Vụ Bản và các xóm xã xung quanh được vũ trang nỏ, dao, gậy,... biểu tình phối hợp cùng lực lượng của khu căn cứ Mường Khói tiến hành chiếm châu lỵ Lạc Sơn. Việc giành chính quyền châu Lạc Sơn diễn ra thuận lợi, nhanh gọn.
Thắng lợi tại châu Lạc Sơn, nơi phất cờ khởi nghĩa đầu tiên ở Hòa Bình có sức cổ vũ mạnh mẽ tới cán bộ, quần chúng phấn khởi tiếp tục tiến lên giành thắng lợi lớn hơn, quyết định hơn.
Sáng 21-8-1945, đoàn quân khởi nghĩa gồm hàng trăm người từ Vụ Bản rầm rập theo đường 12A hướng về thị xã. Trong khi đó, đơn vị vũ trang và lực lượng tự vệ chiến đấu từ khu căn cứ Thạch Yên-Cao Phong cũng rầm rộ vũ trang biểu tình tiến ra đường 12A. Hai cánh quân gặp nhau tại Phố Bằng (Cao Phong, Kỳ Sơn) hợp lại thành một lực lượng hùng hậu.
Trong 3 ngày từ 19 đến 21-8-1945, tại thị xã Hòa Bình và các xóm xã xung quanh sôi sục không khí chuẩn bị khởi nghĩa. Sáng 22-8-1945, đông đảo nhân dân thị xã, vũ trang thô sơ, nòng cốt là tự vệ cứu quốc xông thẳng vào trụ sở Hội đồng thị xã buộc bọn chúng phải đầu hàng, giao nộp đồng triện, bằng sắc và tài liệu sổ sách... cho quân cách mạng. Ngay sau đó tại chợ Phương Lâm đã diễn ra một cuộc mít tinh mừng khởi nghĩa thị xã thắng lợi. Sau đó, cuộc mít tinh biến thành cuộc biểu tình vũ trang tiến lên chiếm Châu đường Kỳ Sơn (nay là trụ sở UBND tỉnh). Tri châu cùng nha lại, binh lính đã xếp hàng đón quân khởi nghĩa, giao nộp 30 khẩu súng trường, toàn bộ sổ sách giấy tờ và xin cách mạng khoan hồng.
Sáng 23-8-1945, đoàn quân khởi nghĩa trên đường 12A tiếp tục lên đường qua dốc Cun với tư thế chiến thắng, tiến thẳng vào Phương Lâm.
Hai giờ chiều 23-8-1945, trong khi lực lượng chiến đấu của khu căn cứ Tu Lý-Hiền Lương vẫn ém sẵn tại phía tây Dinh Tỉnh trưởng thì lực lượng tiến công chính gồm hàng trăm chiến sỹ tự vệ được nhân dân bờ phải dùng đò vượt sông Đà sang phía bờ trái, nơi tập trung doanh trại công sở chính quyền bù nhìn đầu tỉnh. Vô cùng hoảng sợ trước sức mạnh của quân khởi nghĩa, Tỉnh trưởng cùng một số quan chức bù nhìn ra tận bờ sông xin đầu hàng cách mạng. Lực lượng khởi nghĩa có sự hướng dẫn và hỗ trợ của tổ công chức cứu quốc đã tỏa đi chiếm lĩnh các vị trí trọng yếu từ Dinh Tỉnh trưởng, Nhà dây thép đến Trại bảo an binh, Sở cẩm.... Cuộc khởi nghĩa giành chính quyền tỉnh diễn ra thuận lợi, nhanh gọn và không gặp sự phản ứng nào. Quân đội Nhật hoàn toàn án binh bất động.
Ngay chiều hôm đó, cuộc mít tinh lớn được diễn ra tại sân Phủ bộ đường (Dinh Tỉnh trưởng), Ủy ban quân sự cách mạng đã ra mắt quần chúng trong niềm vui vô hạn của đông đảo nhân dân các dân tộc. Đại diện Ban chỉ huy khởi nghĩa tuyên bố xóa bỏ chính quyền tay sai phát xít, tịch thu toàn bộ tài sản, hồ sơ, dấu ấn, giải tán đội bảo an binh... Khởi nghĩa giành chính quyền ở tỉnh lỵ thành công là thắng lợi có ý nghĩa quyết định thúc đẩy mạnh mẽ việc giành chính quyền ở những nơi còn lại.
Tại châu Mai Đà (bao gồm cả Mai Châu, Đà Bắc ngày nay), sau khi nhận lệnh khởi nghĩa, lực lượng chiến đấu tại khu căn cứ Tu Lý - Hiền Lương được chia làm hai bộ phận: Một bộ phận phối hợp cùng lực lượng của khu căn cứ Diềm tiến đánh Chợ Bờ, giành chính quyền Châu rồi tiến lên giành chính quyền các thị trấn Suối Rút, Phố Vãng; Một bộ phận do đồng chí Bình Huấn trực tiếp chỉ huy về thị xã hỗ trợ cho cuộc khởi nghĩa giành chính quyền tỉnh. Ngày 25-8-1945, khởi nghĩa giành chính quyền châu Mai Đà hoàn toàn thắng lợi. Sau đó lực lượng khởi nghĩa Mai Đà theo lệnh của Xứ Ủy đã tiến lên Sơn La, phối hợp cùng nhân dân địa phương giành chính quyền ở Mộc Châu thắng lợi.
Tại Lương Sơn, theo mối chỉ đạo từ Chương Mỹ, Mỹ Đức (tỉnh Hà Đông cũ-nay thuộc Hà Nội) và Ban chỉ huy khởi nghĩa tỉnh, việc giành chính quyền ở châu lỵ Lương Sơn cũng diễn ra thắng lợi nhanh gọn vào sáng ngày 26-8-1945.
Lạc Thủy thời gian này vẫn thuộc tỉnh Hà Nam, cuộc khởi nghĩa giành chính quyền ở đây do Đảng bộ Hà Nam chỉ đạo. Ngày 23-8-1945, cuộc khởi nghĩa giành chính quyền châu được tiến hành với sự phối hợp lực lượng từ 3 hướng: Một lực lượng từ Yên Đội, Yên Bồng tiến lên, một lực lượng từ Khoan Dụ tiến sang và một lực lượng tại thị trấn Chi Nê cùng các xóm xã lân cận phối hợp cùng chiếm châu đường.
Thời kỳ Cách mạng tháng Tám, Yên Thủy chưa phải là một đơn vị hành chính. Các xã dọc đường 12 lúc ấy thuộc tổng Lạng Phong, tổng Lạc của phủ Nho Quan (Ninh Bình), các xã vùng sâu thuộc tổng Vệ, châu Lạc Thủy, Hà Nam. Sau khi giành được chính quyền, Ủy ban nhân dân cách mạng lâm thời Nho Quan cử 2 đoàn vũ trang công tác lên phát động giúp đỡ nhân dân tổng Lạng Phong và tổng Lạc khởi nghĩa giành chính quyền trong thời gian từ 20 đến 25-8-1945. Các xã vùng sâu thuộc tổng Vệ cũng được cán bộ châu Lạc Thủy đến giúp thành lập chính quyền cách mạng trong các ngày 24 và 25-8-1945.
Như vậy, chỉ từ 20 đến 26-8-1945, nhân dân các dân tộc tỉnh Hòa Bình đã hoàn thành thắng lợi việc giành chính quyền trong toàn tỉnh.
Cuộc tổng khởi nghĩa ở Hòa Bình nổ ra kịp thời kết hợp chặt chẽ giữa lực lượng vũ trang chiến đấu của các khu căn cứ làm nòng cốt với lực lượng nổi dậy của nhân dân các dân tộc. Sự chỉ đạo thống nhất, chặt chẽ tập trung vào những khâu quan trọng có ý nghĩa quyết định. Đối với kẻ thù, một mặt rất kiên quyết, đồng thời có đối sách linh hoạt, mềm dẻo với phát xít Nhật nên tạo thuận lợi, tránh được xung đột bất lợi, chú ý đến chính sách mặt trận trong việc thành lập chính quyền cách mạng nên tranh thủ được hàng ngũ lang đạo.
Phong trào cách mạng ở Hòa Bình phát triển trong điều kiện của một tỉnh miền núi nhiều dân tộc, chế độ lang đạo kiềm tỏa rất ngặt nghèo, trình độ dân trí nói chung còn thấp, sự kỳ thị giữa các dân tộc do thực dân phong kiến gây nên nhiều mặt sâu đậm. Nhưng vượt qua mọi khó khăn trở lực, phong trào cách mạng Hòa Bình đã bám rễ vững chắc, phát triển ngày càng sâu rộng trên nhiều địa bàn, trong nhiều dân tộc thành một khối đoàn kết dưới ngọn cờ Mặt trận Việt Minh do Đảng lãnh đạo, tiến lên giành thắng lợi rực rỡ có ý nghĩa lịch sử trong những ngày tháng 8-1945.
Dưới ngọn cờ đoàn kết cứu nước của Đảng, nhân dân các dân tộc trong tỉnh, bằng sức mạnh đoàn kết của mình đã vùng dậy đánh đổ ách thống trị của kẻ thù xâm lược và phong kiến tay sai, giành chính quyền làm chủ quê hương, góp phần vào thắng lợi chung của cả dân tộc, xây dựng nên Nhà nước dân chủ nhân dân đầu tiên ở Đông Nam Á. Cách mạng tháng Tám 1945 đã giải phóng nhân dân các dân tộc trong tỉnh thoát khỏi gông xiềng nô lệ, trở thành người chủ thực sự của núi rừng, của đất nước, tạo điều kiện để xây dựng một chế độ xã hội dân chủ, công bằng và hạnh phúc. Đây thực sự là một cuộc đổi đời mang ý nghĩa lịch sử trọng đại.
66 năm đã trôi qua nhưng ý nghĩa to lớn và bài học lịch sử của thắng lợi vĩ đại của Cách mạng mùa thu tháng Tám năm 1945 đến nay vẫn còn nguyên những giá trị thời đại.