Các nhà chính trị Tin lành và các quý tộc bắt đầu liên hệ với chồng của Mary vào đầu năm 1686.[30] Sau khi James tiến thêm một bước và buộc các giáo sĩ Anh giáo tuyên thệ Tuyên ngôn Indulgence - lời bố cáo mà theo đó trao quyền tự do tôn giáo cho người Công giáo và dị giáo vào tháng 5 năm 1688, càng khiến ông bị mất uy tín.[25] Mối đe dọa đối với người Kháng Cách càng tăng thêm khi Vương hậu Mary xứ Modena, hạ sinh một cậu bé—James Francis Edward - vào tháng 6 năm 1688, và cậu bé đó, không như Mary và Anne, được nuôi dạy theo đức tin Công giáo. Một số thông tin cho rằng cậu bé là "giả mạo", đã được bí mật đưa vào phòng của Vương hậu thay thế cho một đứa bé chết lưu từ trước.[31] Để tìm hiểu thông tin, Mary gửi thư hỏi một loạt các câu hỏi cho em gái bà, Anne, đều liên quan đến hoàn cảnh cuộc sinh nỡ. Câu trả lời của Anne, và những tin đồn tiếp tục, dường như khiến Mary xác nhận mối nghi ngờ rằng cậu bé đó không phải em trai bà, và cha bà đang âm mưu gây dựng một Vương triều Công giáo.[32]

Ngày 30 tháng 6, "Bộ thất bất hủ" bí mật đề nghị Willem— đang ở tại Hà Lan cùng với Mary— dẫn quân sang Anh để hạ bệ James.[33] Ban đầu, Willem không sẵn sàng làm như vậy; có thể ông lo sợ vì vị trí của vợ ông là người thừa kế ngai vàng Anh và nghĩ rằng bà sẽ nắm nhiều quyền lực hơn ông. Tuy nhiên, theo như Gilbert Burnet, Mary thuyết phục chồng rằng bà không quan tâm đến quyền lực chính trị, và nói "bà sẽ không là cái gì nhiều hơn một người vợ, và rằng bà sẽ là tất cả, tranh thủ quyền lực của mình để giúp ông trở thành vua".[34] Bà đảm bảo với chồng rằng, sẽ luôn vâng lời chồng như đã từng thề ngày đám cưới.[35]

Willem đồng ý xâm lược nước Anh và đưa ra một tuyên bố gọi đứa con trai mới sinh của James là "kẻ giả mạo Hoàng tử xứ Wales". Ông cũng đưa ra một danh sách những lời kêu ca của người Anh và tuyên bố rằng cuộc chinh phạt của ông nhằm mục đích duy nhất là vì "một Quốc hội tự do và chính thống".[36] Willem và quân đội Hà Lan (không có Mary vì bà vẫn ở lại Hà Lan), cuối cùng đặt chân lên đất Anh ngày 5 tháng 11 năm 1688, chuyến đi gặp trở ngại bởi giông gió vào tháng 10.[37] Quân đội và Hải quân Anh từ lâu đã tỏ ra bất mãn, theo về với William,[38] và ngày 11 tháng 12 họ đã đánh bại vua James đang cố gắng chạy trốn, bắt sống ông ta. Một nỗ lực chạy trốn nữa của James, ngày 23 tháng 12, đã thành công; William cố tình để cho James chạy trốn sang Pháp, nơi ông ta sống lưu vong ở đó cho đến cuối đời.[39]

Mary rất lo buồn về những sự kiện liên quan đến việc phế truất cha bà, bị giằng xé giữa lòng kính yêu dành cho ông ta và trách nhiệm với phu quân, nhưng đã bị thuyết phục rằng những hành động của chồng bà, tuy rằng khó coi, là cần thiết để "bảo vệ Giáo hội và Quốc gia".[40] Khi Mary đến Anh sau ngày đầu năm, bà đã viết về "niềm vui trong tâm trí" khi được trở về quê nhà, "nhưng điều đó đã sớm bị ngừng lại bởi sự lo nghĩ về điều tai họa của phụ thân tôi".[41] William ra lệnh cho bà phải vui vẻ khi xuất hiện trên đường khải hoàn vào Luân Đôn. Kết quả là, bà bị chỉ trích vì lạnh lùng trước cảnh phụ của phụ thân.[42] James, một cách thái quá, đã viết một bài công kích kịch liệt bà vì lòng bất hiếu, một hành động ảnh hưởng sâu sắc đến Mary ngoan đạo.[43]

Tháng 1 năm 1689, Hội nghị Quốc hội được triệu tập bởi William xứ Orange, và nhiều vấn đề liên quan đến những bước đi tiếp theo được thảo luận.[44] Đảng lãnh đạo bởi Lãnh chúa Danby cho rằng Mary phải là nữ vương độc nhất, vì bà là người kế thừa trực hệ, trong khi William và những người ủng hộ kiên quyết cho rằng một người chồng không thể là thần dân của vợ anh ta.[45] William muốn được cai trị như quốc vương, thay vì chỉ đơn giản là phu quân của nữ vương.[46] Về phần mình, Mary không muốn trở thành nữ vương đương vị, bà tin rằng phụ nữ nên thuận theo chồng, và "biết rằng sức lực của tôi không thể hoàn thành tốt việc của vương quốc và thiên về một cuộc sống ẩn dật, yên tĩnh".[47]

Ngày 13 tháng 2 năm 1689, Nghị viện thông qua Tuyên ngôn về các quyền, theo đó coi như James, bởi hành động vứt bỏ ấn tín bỏ trốn ngày 11 tháng 12 năm 1688, đã đương nhiên tước đi của mình quyền lãnh đạo vương quốc, và do đó Ngai vàng bỏ trống.[48][49] Nghị viện không trao ngôi vua cho con trai của James, James Francis Edward (người được coi là người thừa kế hợp pháp nếu không có cuộc xâm lăng này), thay vào đó là William và Mary đồng cai trị. Tiền lệ về chế độ một nước hai vua có từ thế kỉ XVI: khi Nữ vương Mary I kết hôn với Felipe của Tây Ban Nha, theo đó Felipe đã mang danh hiệu quốc vương, nhưng chỉ trong lúc vợ ông còn sống, và quyền lực bị hạn chế nhiều. Tuy nhiên William (Willem) vẫn sẽ là vua sau khi vợ ông chết[48] Tuyên bố sau đó được mở rộng và loại trừ không chỉ James và những người thừa kế của ông ta (ngoại trừ Anne) khỏi ngai vàng, mà là tất cả những người Công giáo, vì "nhận thất được từ những kinh nghiệm trước đây rằng thực là không thích hợp với sự an toàn hạnh phúc của vương quốc Kháng Cách này khi bị cai trị bởi một người theo Giáo hội Rome".[49]

Giám mục Luân Đôn, Henry Compton, trao vương miện cho William và Mary tại Tu viện Westminster ngày 11 tháng 4 năm 1689. Thông thường, Tổng Giám mục Canterbury là người chủ trì lễ gia miện, nhưng Tổng Giám mục đương nhiệm, William Sancroft, mặc dù theo Anh giáo, từ chối công nhận tính hợp lệ của việc phế truất James II.[50] Không chỉ William mà cả Mary đều không thích buổi lễ này; bà nghĩ nó "đều là hư danh" và William gọi đó là "thuộc về Giáo hoàng".[51] Cùng ngày đó, Công ước của Nghị viện Scotland— vốn có sự chia rẽ nhiều hơn so với Nghị viện Anh — cuối cùng cũng tuyên bố rằng James đã không còn là vua của Scotland, rằng "không một người Công giáo nào được làm Vua hoặc Nữ vương của Vương quốc này", rằng William và Mary là đồng quốc vương, William một mình nắm mọi quyền lực. Ngày hôm sau, họ được tuyên bố là Vua và Nữ vương ở Edinburgh. Họ tuyên thệ đăng quang ngôi vương Scotland ở Luân Đôn ngày 11 tháng 5.[48]

Ngay sau lễ đăng quang, vẫn còn nhiều người ủng hộ James ở Scotland. Tử tước Dundee tập hợp quân đội ở Vùng cao Scotland và giành chiến thắng tại Killiecrankie ngày 27 tháng 7. Tuy nhiên cuộc khởi nghĩa nhanh chóng bị nghiền nát một tháng sau đó tại Trận Dunkeld.[52][53]