Ngày 15 tháng 7 năm 1883, vua Tự Đức lâm trọng bệnh, đưa di chiếu truyền ngôi cho Ưng Chân, và dùng Trần Tiễn Thành làm Phụ chánh Đại thần, Nguyễn Văn Tường, Tôn Thất Thuyết làm Đồng Phụ chánh Đại thần.[9] Nhưng trong di chiếu có đoạn phê bình tính nết của tự quân như sau: ... Ưng Chân tuy từ lâu nay đã trưởng thành nhưng vì có tật ở mắt nên hành vi mờ ám sợ sau này thiếu sáng suốt, tính lại hiếu dâm cũng là điều chẳng tốt chưa chắc đã đảm đương được việc lớn. Mà nước có vua lớn tuổi là điều may cho xã tắc, nếu bỏ đi thì biết làm sao đây". Các quan Phụ chính Trần Tiễn Thành, Nguyễn Văn Tường và Tôn Thất Thuyết dâng sớ lên vua Tự Đức xin bỏ mấy đoạn có liên quan đến tính nết xấu của tự quân và câu "chưa chắc đã đảm đương được việc lớn" nhưng vua Tự Đức từ chối, vì cho rằng viết như thế để tự quân biết kiểm điểm và tu tỉnh.[10]

Vào giờ Thìn (11-13 h) ngày 19 tháng 7 năm 1883, Tự Đức qua đời ở điện Càn Thành, Ưng Chân khóc lạy tờ cố mệnh ở điện Cần Chánh,[1] sau đó vào điện Hoàng Phước chịu tang.[11]

Trước kia, Tự Đức còn sinh tiền không yêu quý Ưng Chân, thường kiếm cớ bắt lỗi, quở mắng, ngược lại thương yêu người con nuôi thứ 3 là Ưng Đăng (sau là Hoàng đế Kiến Phúc). Nguyễn Văn Tường thấy vậy, nghĩ rằng thế nào Ưng Đăng cũng được chọn nối ngôi, nên khinh thường Ưng Chân ra mặt, không ngờ tờ di chiếu lại viết như thế, khiến trong lòng Tường chẳng được yên, và Tôn Thất Thuyết cũng không bằng lòng với tự quân. Gặp lúc Tự quân đem nhiều người thân cận vào làm hộ vệ trong điện Hoàng Phước và các sở Quang Minh, những người này tự do ra vào cung điện, trong khi các tờ tâu trình khẩn cấp, cơ mật từ các viên đại thần các tỉnh dâng lên để trong điện một đêm vẫn chưa giao ra. Lại trong khi làm lễ cúng tiên đế mà tự quân vẫn mặc áo sắc lục cũ, hoặc sai chế ngay các đồ dùng riêng, đều là những hành động bị cấm trong thời gian để tang. Hai viên phó Phụ chánh thấy vậy càng thêm ganh ghét.

Tường mật bàn với Thuyết rằng:

Tiên đế đã bảo vua nối ngôi chưa chắc đương nổi việc lớn, lại giao cho ngôi lớn. Nay bắt đầu, cử động đã như thế, huống chi là ngày sau ư? Đó là việc lo riêng cho chúng ta.

Thuyết vốn ỷ mình cầm quân đội trong tay, cũng có mưu đồ phế lập, mới đáp:

Cứ như lời chiếu thì mưu tính là vì Xã tắc, bất đắc dĩ mà làm việc nhỏ như Y Doãn, Hoắc Quang,[12] cũng là chí của Tiên đế.

Tự quân cho rằng trong di chiếu có đoạn nói không tốt về mình, không muốn đọc cho mọi người nghe thấy, mới triệu ba viên Phụ chính vào bàn việc bỏ đoạn ấy đi, nói rằng:[5]

Vua là bậc đứng đầu trăm họ, phải là người có đạo đức đứng đầu, di chiếu của Tiên đế vì lo trăm họ, nên có lời răn bảo nghiêm khắc như trên. Ngày nay việc nước khó khăn, quan hệ ngoại giao căng thẳng, nếu để di chiếu lan truyền thì quân Pháp sẽ tìm cớ gây rối, mà các lân bang cũng xem thường, với tình hình như vậy, đình thần giải quyết ra sao.

Và đề nghị xóa phần di chiếu đó. Trần Tiễn Thành bằng lòng, hai viên còn lại cũng giả vờ đồng ý. Vì thế Tự quân tự tay xóa bỏ đoạn ấy trong tờ di chiếu, lại dặn riêng với Trần Tiễn Thành cách hành xử lúc tuyên đọc di chiếu.

Đến hôm đọc di chiếu, Trần Tiễn Thành khi đến đoạn ấy thì đọc lướt và nhỏ tiếng, không ai nghe thấy cả. Nguyễn Văn Tường và Tôn Thất Thuyết khi đó mới giở trò lật mặt, giả bộ làm ra vẻ quái lạ, rồi chất vấn vua nối ngôi sao dám giấu bớt di chiếu của Tiên đế, thật là bậy bạ vô cùng, lại vặn hỏi Tiễn Thành. Tiễn Thành biết rằng đã bị đánh lừa, mới đáp rằng mình bị chứng khan tiếng, đọc đến đoạn ấy thì hết hơi. Tường và Thuyết không chịu, lập tức sai quân cấm vệ bắt giữ 10 người hộ vệ của vua nối ngôi đứng đầu là Nguyễn Như Khuê, giam vào ngục, rồi cho Tham tri Nguyễn Trọng Hợp lấy di chiếu đọc lại.[13] Sau đó họp các hoàng thân và các quan ở Tả vu, nói về tội lỗi của Ưng Chân, và xin lập vua khác. Trần Tiễn Thành muốn can ngăn, nhưng Tôn Thất Thuyết quát rằng:

Ông cũng có tội to, còn muốn nói gì nữa.

Khi đó trong cả triều chỉ có quan Ngự sử là Phan Đình Phùng lên tiếng phản đối, vị thũ lĩnh cuộc khởi nghĩa Hương Khê trong phong trào Cần Vương sau này liền bị bắt giam vào ngục.[11][14] Trần Tiễn Thành và các hoàng thân đều khiếp sợ, không dám làm trái và cùng ký tên vào tờ hạch tội, tâu xin ý chỉ của Thái hoàng Thái hậu (Từ Dụ) truất bỏ đi. Tờ hạch tội buộc cho vua Dục Đức bốn tội lớn:

• Muốn sửa di chiếu của vua cha: Ở đây Tự quân là con nuôi của Tự Đức, coi Tự Đức là "Dưỡng phụ" chứ không phải "phụ hoàng". Nhưng Tự Đức đã có di chiếu, Dục Đức lại coi Tự Đức như vua cha của mình. Tự Đức mất để lại di chiếu. Dục Đức thấy di chiếu còn thừa một đoạn nên cắt bớt đoạn đó.
• Có đại tang mà mặc áo màu: Ở đây là lúc Tự Đức mất đi, các quan mặc áo tang để đi tang lễ Tự Đức. Dục Đức khi có tang lễ lại mặc áo màu, cởi áo long bào ra để an táng Tự Đức.
• Tự tiện đưa một giáo sĩ vào Hoàng thành: Ở đây muốn nói Dục Đức nghe tin có một giáo sĩ, sai người đưa giáo sĩ ấy vào. Thái hậu Từ Dụ thấy vậy kinh sợ, nhưng Dục Đức lệnh giáo sĩ phải ở lại.
• Thông dâm với nhiều cung nữ của vua cha: Ở đây ý nói Tự Đức có 300 cung nữ.

Sau khi nhận được sự đồng ý của Thái hoàng Thái hậu, hai quan Phụ chính liền ra chỉ phế truất ông vào ngày 23 tháng 7 năm 1883,[15] giáng làm Thụy quốc công như trước,[13] và giam vua Dục Đức ở nơi ở cũ là Dục Đức đường, rồi viện Thái y, và cuối cùng là Ngục thất[16] trong Kinh thành Huế.