Първоначалното намерение на БТЦРК е да обяви Съединението на 15 септември, но на 2 септември в Панагюрище избухва бунт, овладян още на същия ден от полицията. Пред опасността от арестуване на организаторите, комитетът решава да ускори начинанието. Представители на БТЦРК заминават за Чирпан, Сливен и други градове на областта, за да поведат бунтовнически групи към Пловдив.
На 5 септември е вдигнато въстание в Чирпан, където привържениците на Съединението с Княжество България установяват собствено управление. Чирпанската чета успява да се измъкне от града и от към север да тръгне за Пловдив, но е застигната и разбита от войскова част при село Калфата (днес село Съединение), при което загиват петима четници – Иван Данчов, Димитър Йовчев, Петко Запрянов, Георги Сербезов и сливенецът Алекси Хаджиоглу. Независимо от това четата успява да се съвземе и присъеди към тази на голямоконарци и заедно да настъпят към Пловдив. От Голямо Конаре и Конуш потеглят чети начело с Продан Тишков – Чардафон и Ангел Чолаков, които достигат областния център през нощта и на следващия ден.
При вестта за размириците в областта източнорумелийските власти, в лицето на председателя на Постоянния комитет Иван Ст. Гешов, се допитват до руския консул в Пловдив дали да обявят сами Съединението. След като получава отрицателен отговор, правителството разпорежда арестуване на заговорниците и съсредоточава полицейски части в Пловдив. Военните обаче не се подчиняват на заповедите на директора на милицията генерал Август фон Дригалски.
През нощта срещу 6 септември войски, командвани от майор Николаев, установяват контрол над Пловдив и, без да срещат съпротива, свалят правителството и генерал-губернатора Гаврил Кръстевич. Временно правителство, в което влизат представители на войската и на двете южнобългарски партии начело с Георги Странски, обявява обща мобилизация на мъжете от 18 до 40 години за отпор срещу очакваното турско нападение и кани княз Александър Батенберг да подкрепи Съединението. Пловдивските събития предизвикват масови демонстрации на подкрепа в Княжеството. Поставен пред свършен факт, Каравелов се заема да утвърди Съединението в сътрудничество с княза.
На 8 септември Александър I издава прокламация, с която се обявява за „княз на Северна и Южна България“, а на следващия ден е вече в Пловдив и назначава трима комисари на мястото на временното правителство, което се отказва от пълномощията си. Междувременно княжеското правителство мобилизира армията си и изпраща наличните си войски в подкрепа на милицията в Южна България. Народното събрание, което се събира извънредно на 11 септември, утвърждава тези мерки, като гласува кредит от 5 милиона лева за покриване на военните разходи.
След Съединението България е заплашена с война едновременно от Османската империя, която иска да възстанови правата си над Източна Румелия, и Сърбия, която настоява за териториални компенсации. Нежелаейки конфликт, в който могат да бъдат въвлечени, Великите сили сдържат турската интервенция, но в същото време изискват от княз Александър да изтегли войските си от Румелия.
Поради недоверието си към княза, датиращо още от Режима на пълномощията, руският цар Александър III отказва да подкрепи българската дипломация, макар и да заявява на български делегати, че „за разединение и дума не може да става“. В подкрепа на Батенберг действа Великобритания, която се надява чрез него да елиминира руското влияние в България. На провелата се в края на октомври конференция в Цариград британският представител Уилям Уайт и френският му колега възпрепятстват изпращането на турски комисар, подкрепено от посланиците на останалите сили.
Безрезултатността на посланическата конференция провокира сръбския крал Милан. С подкрепата на Австро-Унгария, в началото на ноември той хвърля войските си срещу България. Последвалата Сръбско-българска война е решена с битката при Сливница. След победата на българите и Букурещкия мирен договор въпросът за разделяне на България повече не е поставен.