Ngày 17 tháng 8, cuộc mít tinh của Tổng hội công chức chính quyền Trần Trọng Kim tại quảng trường Nhà hát Lớn thành phố để ủng hộ chính phủ thu hồi chủ quyền. Hàng vạn người đứng đầy đường Paulbert (nay là phố Tràng Tiền), người đi xem rất đông, trên bao lơn nhà hát lớn, cờ quẻ ly được kéo lên, mọi người hát vang bài Tiếng Gọi Thanh Niên và hoan hô chính phủ Trần Trọng Kim thu hồi độc lập, họ hô to "Việt Nam độc lập muôn năm". Các đội viên đội Tuyên truyền Giải phóng quân cũng trương cờ đỏ sao vàng và hô to "Ủng hộ Việt Minh". Họ tạo ra một sự hỗn loạn cực độ phá vỡ chương trình tổ chức. Ban tổ chức cố gắng lập lại trật tự nhưng không thể nào kiểm soát nổi tình hình. Theo một tín hiệu đã định trước, nhiều đội viên đội Danh dự của Việt Minh (chuyên ám sát các đối thủ chính trị của Việt Minh) nhảy lên khán đài với súng ngắn trong tay dồn các viên chức Đế quốc Việt Nam vào một góc, hạ cờ Đế quốc Việt Nam xuống, trương cờ đỏ sao vàng lên. Các cán bộ tuyên truyền Việt Minh chuyển sang vừa hô khẩu hiệu vừa kêu gọi quần chúng ủng hộ họ nhưng không có kết quả. Quần chúng không muốn tiếp tục cuộc mít tinh, sự náo động bắt đầu xảy ra. Cuối cùng Nguyễn Khang phát biểu kêu gọi nhân dân ủng hộ Việt Minh với lập luận Việt Nam đã giành độc lập từ tay người Nhật chứ không phải từ tay Pháp, nay Nhật đã bị đánh bại và Việt Nam được tự do, đồng thời kết tội Chính phủ Trần Trọng Kim của Đế quốc Việt Nam phục vụ quyền lợi nước ngoài và kêu gọi dân chúng ủng hộ Việt Minh đánh đổ chính quyền tay sai, đấu tranh cho độc lập dân tộc.[3] Cuộc mít tinh sau đó đã biến thành cuộc tuần hành thị uy của quần chúng cách mạng do Việt Minh điều khiển. Nhiều lính bảo an cũng khoát súng đi theo. Sau cuộc biểu tình Việt Minh phân phát cờ đỏ cho dân chúng để đón quân giải phóng sắp ở chiến khu về. Hàng trăm, hàng ngàn người vào Bắc bộ phủ hô đả đảo phát xít, hoan hô giải phóng, hô hào dân chúng đi chiếm các công sở.

Chiều ngày 17 tháng 8, tại làng Vạn Phúc - An toàn khu của Xứ uỷ tại Hà Đông, ông Nguyễn Khang sau khi trực tiếp khảo sát tình hình Hà Nội trở về đã trao đổi với ông Trần Tử Bình và đi tới quyết định: Dựa trên chỉ thị "Nhật, Pháp bắn nhau và hành động của chúng ta" tiến hành cho Hà Nội khởi nghĩa mà không cần chờ tới lệnh của Trung ương. Quyết định quan trọng này được đưa ra chỉ 2 ngày sau khi có tin Nhật đầu hàng Đồng Minh và Pháp còn đang lúng túng trong chính sách cụ thể đối với Việt Nam và Đông Dương.

Việc chớp thời cơ này thật táo bạo vì lúc đó Ủy ban khởi nghĩa chỉ dựa hoàn toàn vào sức mạnh của chính nhân dân thủ đô, với các tổ tự vệ chiến đấu mà chưa có sự hỗ trợ của đội quân giải phóng từ Trung ương và các chiến khu.

Sáng ngày 18 tháng 8, Uỷ ban khởi nghĩa Hà Nội chuyển trụ sở làm việc về số nhà 101 Gambetta (nay là phố Trần Hưng Đạo). Các uỷ viên tích cực chuẩn bị cho công việc sáng hôm sau.