A Parlament előtt október 25-én délelőtt, a forradalom harmadik napján több ezer fős békés, fegyvertelen tömeg tüntetett. Nagy részük az Astoria előtti tömeggyűlésről érkezett, három szovjet tank kíséretében, amelyekre a tüntetők baráti szándékukat kimutatva másztak fel. A tömeg másik részét peremkerületekből érkezett munkások alkották, akik nem tudtak eljutni munkahelyeikre, mert a tömegközlekedés akadozott.
Miközben a tüntetők a Parlament felé vonultak, szembehaladt velük egy szovjet harckocsioszlop, amely a Szovjet Kommunista Párt (SZKP) két, Magyarországra küldött megbízottját, Anasztaz Mikojan és Mihail Szuszlov PB-tagokat, valamint Ivan Szerov KGB-elnököt és Mihail Malinyint, a magyarországi szovjet haderő főparancsnokát szállította. Ők a Magyar Dolgozók Pártjának (MDP) Akadémia utcai székháza felé tartottak, ahol részt vettek a Központi Vezetőség (KV) tíz óra után kezdődő ülésén. A szovjet küldöttek nyomására a KV felmentette Gerő Ernőt pártvezetői tisztsége alól, helyére pedig Kádár Jánost választotta meg. A forradalom kitörése után megalakult Katonai Bizottság vezetésével Apró Antalt bízták meg, teljhatalmat adva neki "a középületek, hatalmi központok, ha kell fegyveres harc, véráldozatok árán történő megvédéséhez".
Mindeközben a Kossuth téren tüntető tömeg küldöttséget választott, hogy a Parlamentben adják át követeléseiket, de a kormányőrök és a Honvédelmi Minisztérium karhatalmi ezredének egyik százada, megtámogatva a Parlament előtt felsorakozott hét T-54-es szovjet harckocsival, távol tartották az épülettől a tüntetőket. Megismétlődtek az Astoriánál korábban tapasztalt események, a tüntetők barátkozni igyekeztek a szovjet katonákkal, kétnyelvű röplapokat osztogattak, harckocsik tetejére pedig jónéhányan fel is másztak.
Pár perccel 11 óra után az MDP ülésén tartózkodó Szerov tábornok úgy döntött, szemlére indul a Kossuth tér irányába. Fedezetét több szovjet és magyar tiszt, valamint egy harckocsi látta el. Látva a szovjet katonákkal barátkozó tömeget, Szerov riasztólövésekre adott ki parancsot, amelyek nagy pánikot okoztak a téren. Az átláthatatlanná váló helyzetben a Parlament előtt felsorakozott szovjet páncélosok válaszul a tér szemközti épületeit, a Földművelésügyi Minisztériumot és a Néprajzi Múzeumot vették célba. A tömeg egy része az itteni árkádok mögött próbált fedezékbe jutni, mások II. Rákóczi Ferenc lovas szobránál igyekeztek menedéket találni. Ekkor jelent meg a Báthory utca irányából egy újabb szovjet harckocsi, amely már célzott lövéseket adott le a szobornál összetömörült tüntetők felé. Előbb a mai Vértanúk terénél lőtt ki repeszgránátokat, majd a Nádor utca felé visszavonulva géppuskájából újabb sorozatlövéseket adott le. Ez az akció követelte a legtöbb halálos áldozatot.
A vérengzést követően először az Igazság c. lap október 27-i számában jelent meg az az állítás, hogy a sortüzért a Földművelésügyi Minisztérium épületének tetejéről tüzelő ÁVH-sok tehetők felelőssé. Később a köztudatban jobbára ez a verzió rögződött, nincsenek azonban egyértelmű bizonyítékok arra, hogy az épületben valóban ott tartózkodtak volna az államvédelem emberei. A téren ellenben jelen voltak: az orosházi határőr alegység egyik biztosításra kirendelt raja, Szalay Zoltán ÁVH-alezredes irányítása alatt részt vett a lövöldözésben, ők a Parlament előtt álló szovjet harckocsikhoz közeli tüntetők felé lőttek. Az utólagos történészi kutatások szerint azonban a vérengzés fő okozója a második hullámban érkező szovjet harckocsi volt, a neki kiadott pontos utasítások viszont továbbra is tisztázatlanok. Hasonlóképpen bizonytalan, hogy a téren jelen lévő ÁVH-egység volt -e a sortűz kezdeményezője.
A halottakat később tudták csak összegyűjteni és eltemetni, azonosításuk sem történt meg, de a pontos számukat sem lehet tudni. Legtöbben az áldozatok számát 300 körölire teszik.