Ngày 6 tháng 7 năm 1553, Edward VI băng hà khi mới 15 tuổi.[59] Edward không muốn trao ngai vàng cho Mary bởi vì e ngại Mary sẽ phục hồi Công giáo và đảo ngược mọi nỗ lực cải cách của ông, cũng như của phụ vương Henry VIII, nhà vua tìm cách loại bỏ Mary khỏi danh sách kế vị. Các cố vấn cho biết không thể loại bỏ một mình Mary mà không làm như thế đối với Elizabeth, dù Elizabeth ủng hộ chương trình cải cách, Edward đồng ý tước bỏ quyền kế vị của cả hai người chị.[60]

Ngược với tinh thần Đạo luật Kế vị thứ ba, theo đó Mary và Elizabeth đã được phục hồi quyền kế vị, Edward chọn con dâu của Dudley, Lady Jane Grey, là người kế vị. Lady Jane là cháu ngoại của em gái Henry VIII, Mary Tudor, Vương hậu nước Pháp. Mẹ của Lady Jane, Frances Brandon, là em họ và là con đỡ đầu của Mary. Trước khi Edward băng hà, Mary được gọi về Luân Đôn để gặp nhà vua, nhưng bà được báo cho biết đó là cái cớ để bắt giữ bà rồi đưa Jane lên ngôi.[61] Mary rời Hunsdon để đến vùng East Anglia; ở đây bà sở hữu những lãnh địa rộng lớn, năm 1549 tại đây bùng nổ một cơn bạo loạn đã bị Dudley đập tan. Nhiều người ủng hộ Công giáo cùng những người đối kháng với Dudley đang sống trong vùng.[62] Ngày 9 tháng 7, từ Kenninghall, Norfolk, Mary viết thư gởi Hội đồng Cơ mật yêu cầu tuyên bố bà là người kế vị Edward.[63]

Ngày 10 tháng 7, 1553, Dudley và những người ủng hộ ông tuyên bố Lady Jane là Nữ vương. Cũng trong ngày này, thư của Mary đến Luân Đôn. Ngày 12 tháng 7, tại Lâu đài Framlingham, Suffolk, Mary chiêu tập binh mã.[64] Phe Dudley càng suy yếu thì phe Mary càng vững mạnh.[65] Ngày 19 tháng 7, Jane bị truất ngôi.[66] Jane và Dudley bị tống giam trong Tháp Luân Đôn. Ngày 3 tháng 8, Mary khải hoàn tiến vào Luân Đôn trong sự chào đón của dân chúng. Cùng đi với Mary có em gái cùng cha khác mẹ, Elizabeth[67].

Một trong những động thái đầu tiên của Mary trong cương vị Nữ vương là ra lệnh phóng thích những nhân vật Công giáo Rô-ma như Công tước Norfolk, Stephen Gardiner, và Edward Courtenay khỏi Tháp Luân Đôn.[68] Mary biết cô gái trẻ Jane Grey chỉ là con tốt trong kế hoạch của Dudley, người bị xử tử vì tội phản quốc ngay sau vụ chính biến. Lady Jane Grey và chồng, Guildford Dudley, bị kết án, nhưng bị giam giữ tại Tháp Luân Đôn thay vì bị hành quyết, trong khi cha của Jane, Công tước Suffolk, được tha.[69] Mary lâm vào tình huống khó xử bởi vì hầu hết thành viên Hội đồng Cơ mật đều có liên can đến kế hoạch lập Lady Jane làm Nữ vương.[70] Mary bổ nhiệm Gardiner vào Hội đồng, và cho ông nắm giữ cùng lúc hai chức vụ, Giám mục Winchester và Tể tướng, Gardiner đảm nhiệm hai chức vụ này cho đến khi qua đời vào tháng 11, 1555.[71] Ngày 1 tháng 10, 1553, Gardiner chính thức trao vương miện cho Mary tại Điện Westminster.[72]