Về mặt pháp lý, thời điểm sau Hiệp định Genève cho đến trước khi chuyển giao, Hà Nội vẫn giữ vai trò thủ phủ Bắc Bộ và thuộc quyền kiểm soát của Liên hiệp Pháp, vì thế các hoạt động hành chính vẫn do Liên hiệp Pháp quản, nhất là các cơ sở quân sự và các tổ chức cứu tế hoặc tôn giáo. Trước ngày 10 tháng 10 năm 1954, đại diện chính quyền Liên hiệp Pháp và Quốc gia Việt Nam tại Đông Dương đã tiến hành các hoạt động viếng mộ tử sĩ cùng những cơ sở quân sự trong địa hạt Hà Nội để úy lạo, đồng thời chuẩn bị các phương án thuyên chuyển xuống phía Nam vĩ tuyến 17.

Lực lượng tuần tra cứu hộ Pháp tại đồng bằng sông Hồng được lệnh chở nhân sự và khí tài của chính quyền Liên hiệp Pháp và Quốc gia Việt Nam tới điểm tập kết là Hải Phòng để chuyển lên tàu lớn đưa vào Sài Gòn, trách nhiệm này không gồm các thành phần dân sự. Đồng thời, phía Pháp cũng chấp thuận cung cấp phương tiện cơ giới và chở cán bộ chiến sĩ Việt Nam Dân chủ Cộng hòa về tiếp quản Hà Nội, Hải Phòng và một số thành thị phía Bắc, kể cả chở cán bộ Việt Minh từ Nam Bộ ra Bắc, nhưng kèm điều kiện phía Việt Nam Dân chủ Cộng hòa phải chuyển hết tù binh Pháp và Quốc gia Việt Nam xuống các thành thị đồng bằng.

Đối với phía Việt Nam Dân chủ Cộng hòa, việc tiếp quản Hà Nội đồng nghĩa khẳng định tính chính danh pháp lý của chính quyền, vì từ lúc này Việt Nam Dân chủ Cộng hòa mới có địa điểm tập trung được các cơ quan trung ương thay vì phân tán nhiều địa điểm như ở Việt Bắc. Ngày 19 tháng 09 năm 1954, Hồ chủ tịch gặp các chiến sĩ xuất sắc đại đoàn quân Tiên Phong tại sân Đền Giếng (quần thể Đền Hùng) để động viên. Đây là lực lượng trọng yếu được giao trách nhiệm về tiếp quản thủ đô, gồm Trung đoàn Thủ Đô và các đơn vị quân chính quân y lẻ tẻ khác. Cũng tại Đền Giếng, ông có một tuyên ngôn nổi tiếng: "Các Vua Hùng đã có công dựng nước, Bác cháu ta phải cùng nhau giữ lấy nước".

Trong ngày 10 tháng 10, đại diện ủy ban quân sự Quân đội Nhân dân Việt Nam vào Hà Nội đã có cuộc tiếp xúc với các đại diện chính quyền Liên hiệp Pháp tại Bắc Bộ để nhận bàn giao trước sự chứng kiến của phái viên Ủy ban giám sát thi hành Hiệp định Genève. Hà Nội tạm thời đặt ở tình trạng quân quản và giới nghiêm, chỉ cán bộ và quân nhân được tùy tiện ra công lộ. Sau ngày 10 tháng 10, quyền hạn của Quốc gia Việt Nam chỉ từ vĩ tuyến 17 trở xuống phía Nam, Việt Nam Dân chủ Cộng hòa tiếp quản trách nhiệm hành chính từ vĩ tuyến 17 ra Bắc. Các hoạt động dân sự vẫn được tự do tiến hành bình thường, nhưng giữa các bên không được phép để xảy ra bất kì xung đột vũ trang nào.

• Ngày 6-10-1954, các toán quân Pháp rút khỏi quận Văn Điển. Đây là quận đầu tiên ở ngoại thành được Việt Nam Dân chủ Cộng hòa tiếp quản. Cùng ngày, quân Pháp rút khỏi thị xã Hà Đông và ở phía Bắc, Pháp rút về Dốc Lã, cách Yên Viên 3km.
• Ngày mồng 7 tháng 10, nhiều đơn vị Quân đội nhân dân Việt Nam tham gia tiếp quản Thủ đô, theo nhiều đường tiến về Hà Nội.
• Chiều 8 tháng 10, một số đơn vị Quân đội nhân dân Việt Nam tiến sát vành đai Đê La Thành, Nhật Tân, Cầu Giấy, Ngã Tư Sở, Bạch Mai và Vĩnh Tuy. Trong khi đó, quân Pháp rút khỏi Yên Viên. Sáng 9-10-1954, Việt Nam Dân chủ Cộng hòa tiếp quản 4 quận Quảng Bá, Cầu Giấy, Ngã Tư Sở và Quỳnh Lôi, tiếp theo là Đại lý Hoàn Long. Quân đội nhân dân Việt Nam theo nhiều đường, từ ngoại thành tiến vào tiếp quản Hà Nội, chia làm nhiều cánh quân tiến vào năm cửa ô chính rồi tỏa ra các khu. Lần lượt, họ tiếp thu nhà ga Hà Nội, phủ Toàn quyền cũ, khu Đồn Thủy, khu Bờ Hồ, Bắc Bộ phủ.[7]
• 16 giờ ngày 9/10/1954, những người lính Pháp cuối cùng rút qua cầu Long Biên; quân dân Việt Nam Dân chủ Cộng hòa hoàn toàn kiểm soát thành phố. Sáng 10/10/1954, Ủy ban Quân chính thành phố và các đơn vị quân đội nhân dân gồm có bộ binh, pháo binh, cao xạ, cơ giới,… chia làm nhiều cánh lớn mở cuộc hành quân tiến vào Hà Nội. Nhân dân và chính quyền Hà Nội cùng Quân đội nhân dân Việt Nam đã tiếp thu tuyệt đối an toàn và nhanh gọn toàn bộ các vị trí quân sự của Pháp ở Hà Nội: sân bay Bạch Mai, sân bay Gia Lâm, Đồn Thủy, khu Thành (Citadel), những vị trí có tầm quan trọng đặc biệt. Việt Nam Dân chủ Cộng hòa tiếp thu 129 công sở, công trình lợi ích công cộng, xí nghiệp, bệnh viện, trường học…, trong đó có phủ Toàn quyền cũ, phủ Thủ hiến Bắc Việt (Bắc Bộ phủ cũ), Sở Mật thám Liên bang Đông Dương, những cơ quan đầu não, trọng yếu của Pháp.[1]
• 8 giờ ngày 10/10/1954: Cánh quân phía Tây, xuất phát từ “Quần Ngựa” (nay là Cung thi đấu thể thao Quần Ngựa). Đó là những chiến sĩ bộ binh của Trung đoàn Thủ Đô”, dẫn đầu là Trung đoàn trưởng – Anh hùng Quân đội Nguyễn Quốc Trị. Đoàn đi qua các đường Kim Mã, Nguyễn Thái Học, Cửa Nam, Hàng Bông, Hàng Đào, Hàng Ngang,… đến 9 giờ 45 phút thì vào đóng trong “Thành cổ Hà Nội” bằng Cửa Đông.
• 8 giờ 45 phút: Cánh quân phía Nam, thuộc hai Trung đoàn 88 và 36 xuất phát từ “Việt Nam học xá” (khu vực Đại học Bách khoa bây giờ), tiến qua phố Bạch Mai, phố Huế,… vòng quanh hồ Hoàn Kiếm, rồi trở lại, theo hai hướng đông và tây của phố Trần Hưng Đạo, vào đóng quân ở các khu vực “Đồn Thủy” (Bệnh viện 108, Bệnh viện Hữu Nghị) và “Đấu Xảo” (Cung văn hóa Hữu Nghị).
• 9 giờ 30 phút: Đoàn cơ giới và pháo binh, cùng chỉ huy “tiếp quản Hà Nội”, do Chủ tịch Ủy ban Quân quản Vương Thừa Vũ, và Phó chủ tịch Trần Duy Hưng dẫn đầu, xuất phát từ sân bay Bạch Mai, đi đến Ngã tư Vọng, sang Ngã tư Trung Hiền, theo đường Bạch Mai, phố Huế, qua Bờ Hồ, đi đường Hàng Đào, Hàng Ngang, qua chợ Đồng Xuân, lên Hàng Giấy, vườn hoa Hàng Đậu… vào “Thành cổ Hà Nội” bằng Cửa Bắc. Với hai đường tiến binh từ mạn Tây và mạn Nam, sáng 10-10-1954, Quân đội Nhân dân Việt Nam đã vào tiếp quản Thủ đô, chỉ bằng và qua hai cửa ô, là: Ô Cầu Giấy (tức: Ô Thanh Bảo), và: Ô Cầu Dền (tức: Ô Yên Thọ, ô Thịnh Yên).[8]
• 15 giờ ngày 10/10/1954, hàng vạn nhân dân Thủ đô Hà Nội dự lễ thượng kì do Ủy ban Quân chính thành phố tổ chức. Sau 9 năm, lá cờ Việt Nam Dân chủ Cộng hòa chính thức được kéo lên tại Cột cờ Hà Nội.[1] Còi Nhà hát Thành phố nổi lên, hàng chục vạn quân dân Hà Nội đã trang nghiêm dự lễ chào cờ do ủy ban quân chính tổ chức tại sân vận động Cột Cờ. Tại buổi lễ chào cờ này, Chủ tịch Ủy ban Quân chính Vương Thừa Vũ đọc lời kêu gọi của Chủ tịch Hồ Chí Minh gửi đồng bào Thủ đô nhân ngày giải phóng: