Керівництво більшовицького Раднаркому в Росії усвідомлювало, що без матеріальних і людських ресурсів України справа пролетарської революції приречена на поразку. Необхідно було встановити диктатуру пролетаріату у формі радянської влади і в Україні. З цією метою було розгорнуто роботу по створенню більшовицьких рад на всій території УНР, проведенню Всеукраїнського з'їзду рад. Одночасно більшовики зміцнювали військові позиції: у Києві було створено військово-революційний комітет для підготовки повстання. Раднарком Росії протиправно проголосив Україну в стані облоги і зобов'язав місцеві революційні гарнізони (55 запасних піхотних полків) діяти рішуче проти ворогів революції,не чекаючи вказівок зверху.
У відповідь на дії червоного Петрограда Генеральний Секретаріат наказав розрізненим українізованим частинам, що перебували за межами України, повертатись в УНР, а 30 листопада (12 грудня) 1917 р. обеззброїв і вислав з Києва по-більшовицькому настроєні частини міського гарнізону. Провалом закінчилась спроба більшовиків захопити Київ силами 2-го армійського корпусу, який перебував під їхнім <он-тролем. У Вінниці корпус перехопили сили 1-го Українського корпусу генерала П.Скоропадського.
На початку грудня 1917 р. у Києві проходив 1-й Всеукраїнський з'їзд рад. Незважаючи на спроби більшовиків рішенням з’їзду передати всю владу радам та проголосити радянську владу в Україні, з'їзд висловив вотум довіри УЦР: з 2500 делегатів з'їзду за більшовиків голосувало ледве 150.
Не зумівши мирним шляхом встановити радянську владу в Україні, Раднарком Росії на початку грудня надіслав підписану В.Леніним і Л. Троцьким телеграму з ультиматумом Раднаркому Центральній Раді. Визнаючи формально УНР та право українського народу на самовизначення, Раднарком зажадав негайно припинити формування української армії, не пропускати на Дон українські козачі полки (на Дону - військовий уряд генерала О.Каледіна), не обеззброювати більшовицькі військові частини Червоної гвардії.
УЦР не прийняла ультиматуму. 5 грудня 1917 р. більшовицьке керівництво ухвалило "вважати Раду в стані війни з нами". Загальне керівництво війною було покладено на комісію в складі В.Леніна, Л.Троцького, Й.Сталіна.
Головним радянським плацдармом в Україні став Харків, захоплений червоногвардійцями раптовим ударом з Бєлгорода. Саме до Харкова в цей час приїхала група делегатів-більшовиків, яка залишила київський з'їзд рад. 11-12 (24-25) грудня 1917 р. під охороною радянських військ нашвидкуруч було інсценізовано альтернативний з'їзд рад. Він схвалив повстання у Петрограді та політику Ради Народних Комісарів (РНК), проголосив встановлення радянської влади в УНР.
Наявність в Україні двох центрів влади — київського національного і харківського радянського - дала змогу РНК Росії формально залишатися осторонь подій в Україні, представивши їх як внутрішній конфлікт між радами робітничих і солдатських депутатів та УЦР. Активізувалася підготовка до відкритої збройної боротьби.
Радянські війська концентрувалися в Харкові, в районі Гомеля і під Брянськом. Вище політичне керівництво здійснював Антонов-Овсієнко, а військове — колишній царський полковник Муравйов. Більшовицькі сили складалися із частин регулярної армії, червоногвардійських загонів з Росії та України, загонів моряків. Всього більшовики мали 160 тис. бійців, їх тактика полягала в просуванні по лініях залізниць і встановленні контролю над великими промисловими й транспортними центрами. Ради розраховували на допомогу робітничих загонів у цих містах.
Військові сили УЦР складали підрозділи Вільного козацтва — добровольчі формування, які створювалися вже в ході війни. Чисельністю війська УНР не поступалися радянським, але вони були розпорошені по всій Україні, у той час як більшовицькі сили діяли на головних стратегічних напрямках.
Насамперед радянське командування встановило контроль над Харківською та Катеринославською губерніями. До середини грудня було захоплено важливі залізничні вузли і станції — Лозова, Павлоград, Синельникове. 26 грудня (8 січня) 1917 р. влада УЦР у Катеринославі впала. До кінця грудня з Донбасу були витіснені каледінці. У другій декаді січня 1918 р. радянська влада була встановлена в Миколаєві, Одесі, Херсоні.
Узгодженими ударами з півночі і сходу більшовики розгорнули наступ на Київ. Використовуючи перевагу в чисельності й озброєнні, діючи рішуче й жорстоко, загони Муравйова швидко просувалися до столиці. Становище УЦР ставало критичним. Ні проголошення незалежності УНР (IV Універсал, 9 (22) січня 1918 p.), ні зміни у складі Генерального Секретаріату вже не могли її порятувати. В умовах деморалізованості, дезорганізованості регулярних частин УНР символом національної честі став подвиг кількох сот київських студентів і гімназистів на чолі з сотником Омельченком, які 16 (29) січня неподалік станції Крути вступили у нерівний бій з переважаючими силами ворога й по-геройському загинули за українську ідею.
16 січня 1918 р. в столиці розпочався збройний виступ окремих частин міського гарнізону і робітників заводу "Арсенал", спрямований проти УЦР. 22 січня війська УНР під командуванням С.Петлюри та Є.Коновальця придушили повстання в Києві. Однак це вже не мало стратегічного значення
Наступ більшовицьких військ продовжувався. 25 січня члени Малої Ради й Ради Народних Міністрів (таку назву дістав Генеральний Секретаріат після проголошення III Універсалу) залишили Київ, перебравшись спочатку до Житомира, а потім — до Сарн. Тепер врятувати УЦР від остаточного більшовицького розгрому могла лише допомога країн Четверного союзу.
26 січня 1918 р. радянські війська ввійшли у Київ.
Причинами поразки військ УЦР слід вважати: ослаблення соціальної бази УЦР (повільність, нерішучість у здійсненні соціально-економічних перетворень відштовхнули селянство, в той час як більшість робітників підтримувала більшовиків); відсутність належної уваги до воєнної політики, збройного захисту державності, що виявилося у відсутності регулярної і централізованої армії; високий ступінь організованості та боєздатності більшовицьких військ, успішна тактика боротьби за владу; уміла соціальна демагогія рад.
