Másnap, október 23-án a Diósgyőri Magyar Állami Vas-, Acél- és Gépgyár (DIMÁVAG) munkásai is összeállították saját 21 pontos követelésüket. Gerő Ernő esti, Kossuth Rádióban elhangzott beszéde azonban felkavarta a nyugalmat, a munkások káromkodással és köpködéssel fogadták, s az egyetemen is hasonló indulatokat gerjesztett. A hallgatók eldöntötték, hogy tüntetéssel fognak nyomatékot adni tiltakozásuknak.

Október 24-én délután a Budapest felé tartó szovjet egységek keresztülvonultak Miskolcon. Megjelenésük a lakosság körében először döbbenetet és pánikot, majd haragot váltott ki. Ekkor a város különböző pontjain tüntető csoportok alakultak meg, amelyek egyes épületekről leverték a vörös csillagot, este pedig néhányan Budapestre akartak utazni a szabadságharcosok megsegítésére.

Október 25-én Budapestre utazott a DIMÁVAG és az egyetem közös küldöttsége. Távollétükben 35–40 ezres tömeg vonult fel Miskolc utcáin. Először a belvárosban lévő Búza térre akartak menni, végül az Egyetemvárosba vonultak, ahol nagygyűlést tartottak, amelyen sztrájkbizottságot választottak. A délután folyamán a belvárosi Petőfi szobornál is nagygyűlésre került sor, Nagy Attila, a népszerű fiatal miskolci színész mindkét helyszínen elszavalta a Himnuszt és a Nemzeti Dalt.

Október 26-án végül Miskolcon is halálos áldozatokat követelő sortűzre került sor. Az ezen a napon spontán szerveződő tüntetések és felvonulások résztvevői hazafias dalokat énekeltek, illetve Rákosi-, Gerő- és rendszerellenes jelszavakat skandáltak. A demonstrálók között elterjedt annak a híre, hogy az államvédelmisek a tüntetőkkel szimpatizálókat zártak be. A tüntetők egy része az őrizetbe vett fiatalok kiszabadítására a BM Városi Osztályához indult, ahol Jenei Imre közrendvédelmi parancsnok engedélyezte, hogy a demonstrálók öttagú bizottsága átvizsgálhassa a szervezet fogdáját. Miután itt politikai foglyokat nem találtak, a Kucsera László államvédelmi alezredestől érkezett üzenet hatására a tüntetők továbbvonultak a BM Megyei Főosztályának épülete elé, mivel azt az információt kapták, hogy a keresett őrizetbe vett személyek ott találhatóak. A főkapitányság elé érkezők hatalmasra duzzasztották a reggel óta itt gyülekező tömeget. Kucsera ekkor megerősítette az épület védelmét (kb. 150 fegyveres), a foglyokat pedig a hátsó kapun keresztül szabadon bocsátotta. Az egyre idegesebbé váló tömeg nem hitte el, hogy a főkapitányságon már nincsenek foglyok, és olyan hangok hallatszottak, hogy többeket már kivégeztek, és holttestüket a pincében a szén alá rejtették. Egyesek ekkor a Zsolcai kapun keresztül kísérelték meg a bejutást.
Kijelenthető, hogy a borsodi államvédelem vezetőiben is már kezdettől fogva megvolt a hajlam a válsághelyzet fegyverrel történő elhárítására. A helyzet egyre feszültebbé vált, az épületet védő államvédelmis erők – a megbeszéltek szerint – csak egy fényjelző rakéta fellövése után használhatták lőfegyvereiket. Feltehetőleg a tömeg nyomásának megfékezésére a kapuban álló Antal Gyula rendőr törzsőrmester ekkor a kapu mennyezetébe adott le figyelmeztető lövéseket, amit az ablakokban állást foglaló rendőrök és az emeleten lévő államvédelmisek tűzparancsnak értelmeztek, ezzel egyidejűleg pedig kézigránátokat is a tömeg közé hajítottak. A népharag másnap elsősorban Antal Gyula ellen irányult, őt tartották a történtek fő felelősének.

A sortűz következtében a fegyvertelen tüntetők közül tizenhat fő az életét vesztette, s legalább 51 személy szenvedett részben maradandó fogyatékosságot okozó sérüléseket. Az áldozatok között számos fiatalt találunk, a 18 éves Grómusz Mária tanulót haslövés érte, és a helyszínen elvérzett. A még csak 13 éves Misley Emese tanulót pedig arcán és szívén érte halálos találat.

A sortüzet követően a tüntetők közül többen a szemközt lévő honvéd laktanya – a honi légvédelmi hadosztály – katonáitól kértek segítséget és fegyvereket, Zombori Sándor alezredes, a helyőrség parancsnoka tisztjeit is alig tudta visszatartani a főosztály ostromától. Gáti Gyula rendőr alezredes, a főkapitány bűnügyi helyettese civilbe öltözve igyekezett eljutni Miklós Zoltán nemzetőrrel a Lenin Kohászati Művekbe, hogy a főkapitányságra hozza a munkástanács valamelyik vezetőjét, aki képes lehet lenyugtatni a felizgatott tömeget. Az újra az épület köré gyűlő tüntetők körülvették őket, s bár Miklós Zoltán felmutatta munkástanácsi igazolványát, az épületből a karhatalmisták riasztólövéseket adtak le a védelmükre, ami csak tovább fokozta a népharagot, és menekülésnek állította be Gáti lépését. Az alezredes és Miklós Zoltán az egyik közeli épület pincéjébe menekült, de a tömeg hamarosan megtalálta őket.

A sortűzben elhunyt Grómusz Mária holttestét teherautón hordták körbe Miskolcon, magasra szítva ezzel a gyűlöletet. Ezt követően a főkapitányság ellen szabályos ostrom kezdődött, a tömeg lezárta a kijáratokat, a kapukat igyekezett befeszíteni, közben pedig egyes források szerint kézifegyverekkel is lőtték az épületet, ám az erről szóló történetek hitelessége kérdéses. Zombori alezredes felszólította a főkapitányságot védőket, hogy tegyék le a fegyvert. Az államvédelmis parancsnokok egy része magára hagyta embereit és elmenekült, a többiek pedig elrejtették fegyvereiket és kitűzték a fehér zászlót, ám ez a lépés már későnek bizonyult. A tüntetők betörték a kapukat és elkezdődött a vérontás. A feldühödött tömeg 1956. október 26-án és 27-én hét főn hajtott végre népítéletet. A forradalmat követő megtorlások során hét embert végeztek ki jogerős bírói ítélettel a 26–27-i népítéletekben való részvétel vádjával.