کودتا در چهار بخش عمده طراحی شده بود: یکم: باید توان و مقدورات تبلیغاتی و سیاسی علیه مصدق به کار گرفته شود. دوم: سران مخالف مصدق باید به تحصن در مجلس تشویق شوند تا با ایجاد اغتشاش، بر تنش و آشفتگی موجود افزوده گردد. سوم: با شاه در مورد کودتا مشورت و موافقت وی با عزل مصدق و انتصاب زاهدی به نخست‌وزیری کسب شود. چهارم: جلب پشتیبانی افسران رده بالا در ارتش تامین شود. این طرح همچنین دو جزء دیگر نیز بود: جزئی متکی بر یک سازمان شهری که در اختیار برادران رشیدیان قرار داشت و جزو دیگر متکی بر همکاری چند تن از سران عشایر جنوب، افسران ارشد ارتش و شهربانی (به خصوص آنهایی را که مصدق بازنشسته کرده بود)، وکلای مجلس شورا و سناتورها، بازرگانان، سردبیران و روزنامه‌ها، سیاست پیشگان سابقه‌دار و نیز سردمداران اوباش در سازمان شهری جای داشتند. قرار بود که این سازمان با استفاده از حمایت شاه کنترل تهران را به دست گیرد و دکتر مصدق و وزیران او را بازداشت کند.روز بیست و چهارم مرداد شاه، دو حکم جداگانه یکی مبنی بر عزل دکتر مصدق از نخست‌وزیری و دیگری مبنی بر انتصاب زاهدی به نخست‌وزیری را امضا می‌کند. سرهنگ نصیری، فرمانده گارد، فرمان انتصاب زاهدی را به وی می‌دهد. نصیری فرمان عزل مصدق را به او تحویل می‌دهد. در این صورت اگر دکتر مصدق پذیرفت، کودتا منتفی است و اگر نپذیرفت طرح کودتا اجرا می‌شود که با محاصره خانه مصدق و تصرف رادیو، سقوط مصدق اعلام می‌شود. این عملیات قرار بود توسط سه واحد ارتش به اجرا گذاشته شود. پس از آن شاه در هجدهم مرداد، پس از ملاقات شبانه با کرمیت روزولت پس از بررسی عملیات کودتا فرمان‌ها را امضا کرد و خود همراه با ملکه ثریا به رامسر رفت.ساعت ۳۰ دقیقه بامداد سرهنگ نصیری با چهار کامیون سرباز ۲ جیپ و یک زره پوش به منزل دکتر مصدق رسید و فرمان عزل نخست وزیر را به سرهنگ دفتری مسوول منزل دکتر مصدق داد. البته پیش از آنکه نصیری حرکت کند، به دکتر مصدق تلفنی می‌شود و او را در جریان ماوقع قرار می‌دهد. سرهنگ دفتری فرمان نامه را تحویل نخست وزیر می‌دهد و ۲۰ دقیقه بعد رسیدی به شرح ذیل به سرهنگ نصیری داده می‌شود: «ساعت یک بعد از نصف شب ۲۵ مرداد ۱۳۳۲ دستخط مبارک به اینجانب رسید. دکتر مصدق»
از سوی دیگر رییس ستاد ارتش که از تاخیر سرتیپ کیانی نگران شده بود به سرهنگ عزت‌الله ممتاز فرمانده تیپ دوم کوهستانی و سرهنگ شاهرخی فرمانده تیپ یکم زرهی ماموریت داد که برای کسب اطلاع و سرکشی به پادگان باغشاه بروند. در همین حال سرتیپ ریاحی دراین حوالی سرهنگ پارسا از تیپ یکم کوهستانی، سرهنگ اشرفی فرماندار نظامی و افسر فرمانده تیپ سوم کوهستانی را به حال آماده باش درآورد.
سرهنگ ممتاز در راه رفتن به باغشاه در خیابان، سرهنگ نصیری و انبوه نیروهای همراه او را می‌بیند؛ بنابراین برای بررسی اوضاع توقف می‌نماید. سرهنگ ممتاز به حضور شبانه سرهنگ نصیری در مقابل منزل دکتر مصدق شک می‌کند و پس از گفت‌وگوی مختصری او را تحت نظر می‌گیرد و از منزل دکتر مصدق با سرتیپ ریاحی تماس گرفته و ماوقع را تشریح می‌کند. رییس ستاد دستور می‌دهد سرهنگ نصیری را تحت‌الحفظ به ستاد ارتش اعزام کنند.
به دستور سرتیپ ریاحی، سرهنگ نصیری بازداشت شد. سرتیپ کیانی معاون رییس ستاد نیز که از چنگ گارد شاهنشاهی آزاد شده بود، به دستور سرتیپ ریاحی ماموریت یافت به همراه سرهنگ سررشته و سرهنگ اشرفی گارد را خلع سلاح کنند. ضمنا رییس ستاد دستورداد سربازان گارد در باغشاه محبوس شوند؛ ساعت ۲:۳۰ صبح سرگرد آزموده که برای کسب اطلاع از عملکرد سرهنگ نصیری به نقطه دیگری از شهر رفته بود پس از وقوف بر دستگیر شدن سرهنگ نصیری به مرکز تلفنخانه بازار برگشت و به سربازان دستور داد، کلیه وسایل را به کارکنان تحویل دهند و به طرف پادگان باغشاه حرکت کنند. در همین ساعت شکست کودتا مسجل شد و سران کودتا واحدهای خود رامتقاعد کردند که از این پس اقدامی صورت ندهند.
بعد از این، سرهنگ فرزانگان و سرلشگر باتمانقلیچ که به جای سرلشگر وثوق به عنوان رییس ستاد ارتش دولت زاهدی برگزیده شده بود برای بازدید از شهر، وارد تهران شدند که منجر به توقیف سرلشگر باتمانقلیچ رییس ستاد دولت کودتا شد.
حدود ساعت ۵ صبح بامداد دکتر فاطمی، مهندس حق شناس و مهندس زیرکزاده توسط سرتیپ کیانی که به سعدآباد رفته بود، آزاد شدند. ساعت ۵:۴۵ بامداد رادیو خبر کودتای نافرجام را طنین انداز کرد. خبر شکست کودتا توسط رادیو به شاه نیز رسید پس از شکست کودتای ۲۵ مرداد، محمد رضا پهلوی، از کشور فرار کرد و به بغداد و از آنجا به رم رفت.عده زیادی از افسران به اتهام مشارکت در کودتا بازداشت شدند. باتمانقلیچ، نصیری، زند کریمی، آزموده جزء بازداشت‌شدگان بودند. مظفر بقایی و علی زهری و چند تن دیگر از نمایندگان غیرمستعفی مجلس نیز بازداشت شد.
مردم در صبح این روز با اعلامیه دولت از شکست کودتا آگاه شدند. خبر فرار شاه و خلع گارد شاهنشاهی، دستگیری سران کودتا و انحلال مجلس هفدهم، تا ظهر در شهر پیچید و شور و شوق عموم را برانگیخت. دکتر فاطمی در روزنامه باختر حملات شدیدی را به شاه آغاز کرد. عصر همان روز طی میتینگی در میدان بهارستان خواستار لغو نظام سلطنتی ایران شد.
فاطمی همچنین اقدام به مهر و موم کاخ‌های سلطنتی کرد و به تمام سفرا و کارداران ایران در خارج از کشور اعلام کرد که شاه از سلطنت خلع شده است.مردم مجسمه‌های پهلوی پدر و پسر را پایین کشیدند. در ادارات عکس‌های شاه و ثریا ملکه وقت ایران جمع شد.
طراحان و عاملان کودتا و شاه ایران شکست کودتا را به تلخی لمس کردند. دکتر مصدق پیروز این نبرد شده بود.پیروزی‌ای که بسیار دلچسب و شیرین بود، اما چندان دیرپا نبود و این را وقایع چند روز بعد به اثبات رساند.
