В обстановке слухов о прорыве фронта и «разоблачении» Ленина как пособника немцев ЦИК Советов в 10—11 часов вечера 4 июля принял решение вызвать солдат верного правительству Волынского полка для зашиты Таврического дворца от большевиков. В 2-3 часа ночи 5 июля ЦИК дал полномочия министрам-социалистам для «борьбы с анархией» и поручил им добиться включения в состав Временного правительства кадетов. Одновременно ЦИК объявил военное положение и организовал свой военный штаб из меньшевиков и эсеров.
5 июля Сталин возобновил переговоры с ЦИК. Позже он вспоминал: «Мы говорили руководителям Советов: кадеты ушли, блокируйтесь с рабочими, пусть власть будет ответственна перед Советами. Но они сделали вероломный шаг, они выставили против нас казаков, юнкеров, громил, некоторые полки с фронта… Само собой разумеется, мы не могли принять при таких условиях боя, на который толкали нас меньшевики и эсеры. Мы решили отступить».
От имени ЦИК переговоры со Сталиным вел меньшевик Либер, который потребовал убрать большевистские броневики от особняка Кшесинской и увести матросов из Петропавловской крепости в Кронштадт. Сталин говорил, что он принял эти требования, «при условии, что ЦИК Советов охраняет наши партийные организации от возможного разгрома». Однако, как подчеркивал Сталин, «Центральный исполнительный комитет Советов ни одного своего обязательства не выполнил».
На следующий день 6 июля представитель военного штаба ЦИК эсер Кузьмин потребовал под угрозой применения оружия, чтобы большевики покинули дворец Кшесинской. Сталин вспоминал: «Центральный комитет нашей партии решил всеми силами избегать кровопролития. Центральный комитет делегировал меня в Петропавловскую крепость, где удалось уговорить гарнизон из матросов не принимать боя». Сталин сумел убедить их капитулировать, обратив внимание на то, что они сдаются не Временному правительству, а руководству Советов. Одновременно Сталин ведет переговоры с Кузьминым, который, по словам Сталина, буквально «рвется в бой». По словам Сталина, «Кузьмин недоволен, что «штатские своим вмешательством всегда ему мешают», и неохотно соглашается подчиниться настоянию Центрального исполнительного комитета Советов. Для меня очевидно, что военные эсеры хотели крови, чтобы дать «урок» рабочим, солдатам и матросам. Мы помешали им выполнить их вероломный план».
6 июля была разгромлена типография «Труд», в которой печатались большевистские и профсоюзные издания, проведены обыски в особняке Кшесинской, где помещались ЦК, ПК и Военная организация большевиков. Как говорил Сталин, «на улицах войска, усмиряющие непокорных. Фактически введено осадное положение. «Подозрительные» арестовываются и отводятся в штаб. Идет разоружение рабочих, солдат, матросов». В июле были арестованы руководители военной организации большевиков Антонов-Овсеенко, Крыленко, Дыбенко, Раскольников, член ЦК Каменев, а также лидеры «межрайонцев» Троцкий и Луначарский.
7 июля Временное правительство отдало распоряжение об аресте Ленина и Зиновьева. На квартире Аллилуевых Сталин и другие члены партийного руководства обсуждали вопрос о явке на суд Ленина и Зиновьева которые к этому времени перешли на нелегальное положение. Ногин считал, что Ленину идти на суд необходимо. Ленин также склонялся к этому и даже написал соответствующее письмо в ЦИК. Сталин, Орджоникидзе и Стасова выступили против явки Ленина и Зиновьева. Было решено укрыть Ленина в окрестностях Петрограда. Сталин собственноручно сбрил у Ленина усы и бородку. Ленин надел парик и загримировался, а затем вместе с Зиновьевым (которого также остригли и загримировали) был переправлен на станцию Разлив в домик рабочего-большевика Н.А. Емельянова.
Уговорив наиболее нетерпеливых большевиков отступить, убедив Ленина уйти в подполье, дав партийным организациям указания относительно политического курса в период отступления и в то же время сумев провести с эсерами и меньшевиками конструктивные переговоры, Сталин добился того, что партия понесла минимальные потери после июльского поражения. На первых порах враги большевиков считали; что те уничтожены как политическая сила, а многие большевистские руководители преувеличивали свое поражение. Но уже через три недели после июльских событий Ленин, находясь на станции Разлив, писал: «Передовые отряды пролетариата сумели выйти из наших июньских и июльских дней без массового обескровления. Партия пролетариата имеет полную возможность выбрать такую тактику и такую форму или такие формы организации, чтобы внезапные (будто бы внезапные) преследования… не могли ни в коем случае прекратить ее существование и ее систематическое обращение со своим словом к народу».
15 июля Сталин опубликовал в кронштадтской газете «Пролетарское дело» статью «Смыкайте ряды», содержавшую краткий анализ июльских событий. Сделав вывод о неизбежности новых политических кризисов, он обратился к членам партии: «Первая заповедь – не поддаваться провокации контрреволюционеров, вооружиться выдержкой и самообладанием, беречь силы для грядущей борьбы, не допускать никаких преждевременных выступлений. Вторая заповедь – теснее сплотиться вокруг нашей партии, сомкнуть ряды против ополчившихся на нас бесчисленных врагов, высоко держать знамя, ободряя слабых, собирая отставших, просвещая несознательных». Отвергая «соглашения с контрреволюционерами», Сталин в то же время выдвинул новый лозунг: «За союз революционных элементов против контрреволюции и ее прикрывателей – таков наш пароль».
От имени ЦК партии Сталин выступил с отчетным докладом и докладом о текущем моменте на экстренной конференции Петроградской организации РСДРП(б), состоявшейся 16—20 июля. По поводу июльских событий Сталин заявил, что большевики могли взять власть, «но вопрос в том, могли ли мы удержать власть?» Считая, что захват власти 3– 4 июля не был бы своевременным, Сталин вновь призвал большевиков «к выдержке, стойкости и организованности» и поставил задачи: «возобновление, укрепление и расширение наших организаций; не пренебрегать легальными возможностями, ибо никакая контрреволюция не может серьезно загнать нас в подполье».
В заключение доклада Сталин заявил: «Говорить… об единстве с социал-тюремщиками преступно. Надо выставить другой лозунг: единство с левым их крылом – с интернационалистами, которые сохранили еще дозу революционной чести и готовы бороться с контрреволюцией». «Есть среди меньшевиков и эсеров элементы, которые готовы бороться с контрреволюцией (у эсеров – камковцы, у меньшевиков – мартовцы), и с ними мы готовы объединиться в едином революционном фронте». Такой курс, предложенный Сталиным, позволил большевикам выйти из изоляции и заручиться поддержкой левых сил в других партиях. Во многом благодаря союзу с левыми эсерами большевики смогли взять власть в октябре 1917 года и удержать ее в самые трудные месяцы 1917—1918 годов.