朴正熙遇刺后，全斗焕以国军保安司令官的身份兼任合同搜查本部长，权限大为扩张，野心也随之膨胀。朴正熙遇刺两天后的1979年10月28日，时任日本驻韩大使须之部量三在陆军本部会晤全斗焕方面的文人、时任韩国驻日使馆首席公报官许文道，许文道告诉他“将开启以全斗焕将军为中心的新体制”。须之部量三报告给日本国内，1979年11月1日日本《每日新闻》就援引日本外务省消息人士报道了全斗焕掌握韩国实权消息，可知全斗焕方面在朴正熙死后就企图填补其留下的权力真空。11月24日YWCA伪装结婚事件之前，曾有一名大领（大校）级别的军官拜访尹潽善，表示举行集会没问题，于是导致这起事件的发生，结果却是参与的在野民主化势力被一网打尽，这名军官被认为是全斗焕方面派遣的，也就是说这可能是全斗焕引蛇出洞之计，在夺权前先削弱在野民主化势力。随后全斗焕又将金大中的代理人金相贤（当时金大中作为政治犯，不能外出活动，由金相贤代理）抓进保安司令部，大谈政治问题，警告在野势力不要在民间兴风作浪，金相贤则要求军部不要直接介入政治，全斗焕听了后非常激动，掏出枪高喊自己没有私心，金相贤却从这种过激反应中看出了全斗焕的政治野心。此后全斗焕的心腹李鹤捧来请金相贤“帮助全斗焕”，但被金相贤拒绝。不过，与5·16军事政变的情况不同，全斗焕的夺权计划保密得滴水不漏，外界除了个别人看出他“有野心”之外，没有任何人知道他会有发动政变的打算。郑升和虽然也接到了一些关于全斗焕等人对他有微词以及有介入政治的野心等动向的报告，但也判断不可能有政变发生。

全斗焕要实现他的夺权野心，首先就要除掉陆军参谋总长兼戒严司令官郑升和，因此他决定在没有总统批准的情况下以涉嫌朴正熙遇刺事件为由逮捕郑升和。但这是军队里所不容许的“下克上”叛乱行为，故只能以政变的方式进行。政变是以保安司令部秘书室长许和平为中心来策划，到12月初已基本成形。12月5日，全斗焕派人找到首都警备司令官张泰玩（11月16日接任首都警备司令官），邀请他参加祝贺他的部下首都警备司令部宪兵团长赵洪大领晋升准将的宴会。12月7日（一说8日），全斗焕将他的死党第9师团长卢泰愚从驻扎地京畿道高阳市招来首尔，吐露夺权计划，并决定起事日期为12月12日。12月8日，全斗焕通知张泰玩及陆军特战司令官郑柄宙、陆军本部宪兵监金晋基等人，将宴会的时间、地点安排在12月12日晚上18时30分来全斗焕家所在的延禧洞的一家秘密饭店。12月9日（星期日），郑升和和国防部长官卢载铉在泰陵高尔夫球场打高尔夫球，谈到了全斗焕与自己的矛盾以及他可能干政的担忧，准备将全斗焕外放为东海岸地区防卫司令官，但卢载铉认为操之过急，不宜在金载圭一审（金载圭案于12月4日开庭审理）结束前调动全斗焕。卢载铉随后将郑升和告诉国防部次官金容烋，金容烋又暗示于全斗焕。于是全斗焕更加紧锣密鼓地筹划政变，不许部下外出喝酒，专心准备举事，许和平等则研究当年朴正熙发动5·16军事政变的“经验”和中国古典小说《三国演义》。

除了一心会的成员外（参与名单见词条“一心会”中“始末-夺取政权”部分），全斗焕还在政变前夕将首都军团长车圭宪中将、第1军团长黄永时中将和国防部军需次官补俞学圣中将拉入伙。在外部，全斗焕与美国驻韩使馆和驻韩美军保持友好关系。当初他赴越南作战时，与美国军事援助越南司令部副参谋长约翰·威克姆（John A. Wickham）有交情，1979年7月，威克姆就任驻韩美军司令，全斗焕与之过从甚密，而且每天都要抽2小时与美国人用英语对话。此外全斗焕还通过三名与美国中央情报局和美军有关系的美国顾问来联络美方，从而保障美国对政变的支持。政变前夜，全斗焕对夫人李顺子说：“成事在天。此事绝无任何私心，天必助之。”

1979年12月12日上午，郑升和向崔圭夏提交了一批准将、少将的晋升名单，然后回到陆军本部。下午5时左右，郑升和将全斗焕叫到陆军本部，传达一些关于审判金载圭的意见，如说服金载圭在陈述中说一些反共的话，全斗焕允诺后离开。傍晚6时30分，张泰玩等人准时赴宴，但宴请他们的全斗焕却借故不来。此时全斗焕以“祝寿宴”为名，将所有政变骨干军官聚集于驻扎景福宫的首都警备司令部第30警备团团部（团长张世东为“一心会”成员、政变骨干），作为政变指挥所。全斗焕先派保安司令部人事处长兼合同搜查本部总务局长许三守大领、陆军犯罪搜查团团长禹庆允大领率领首都警备司令部第33宪兵队65人赶赴汉南洞“公馆村”的郑升和公馆，负责逮捕郑升和。随后，全斗焕也带着保安司令部搜查课长兼合同搜查本部搜查局长李鹤捧中领，前往三清洞的总理公馆（当时崔圭夏尚未宣誓就职，故未搬入青瓦台总统府），请示崔圭夏下达对郑升和的逮捕令。

傍晚6时50分左右，许三守、禹庆允到达郑升和公馆。他们趁其不备，立即强制将公馆卫兵缴械，然后由带来的宪兵守备，其余宪兵以卧倒瞄准的姿势，将枪口对准公馆。许三守借用保安司令部情报处长权正达的名义，与禹庆允进入公馆，在参谋总长副官李在千少领的引导下在会客厅等待。禹庆允先抱怨了上午的晋升名单没有他们的名字，许三守接着就说：“总长从金载圭处收受不少的金钱吧！因此我们有必要听取总长的陈述，请总长合作。”郑升和很生气，怀疑是金载圭乱招供，询问详情，两人表示无可奉告，并说上级指示他们录下郑升和的陈述。郑升和问他们带录音机没有，两人请郑升和到已经准备好录音设备的地方录音。郑升和知道是要逮捕他，但还没反应过来这是全斗焕发动的兵变，便问是否是总统下的令，两人谎称是。郑升和便要求身旁的李在千去副官室接通崔圭夏或卢载铉的电话以确认此事。就在李在千走进副官室的这一瞬间，负责监视的两个保安司令部特务便开了枪，李在千与参谋总长警护室长金仁先上尉被打伤。许三守和禹庆允听到枪声，马上架住郑升和的两腋，试图把他强行带出会客厅，郑升和高呼“停止射击”，此时一个手持m16步枪的军人打破会客厅玻璃窗，冲进室内，胁迫郑升和跟着走。郑升和只好说：“走吧！”于是被许、禹两人架出了公馆，上车送到保安司令部西冰库分室（禹庆允在这一过程中受枪伤）。直到此时，郑升和仍以为是崔圭夏误会了他，不相信发生了政变。

在郑升和被绑架的同时，全斗焕则在三清洞总理公馆苦劝崔圭夏下达对郑升和的逮捕令，崔圭夏则以必须先报告国防部长官卢载铉为由反复拒绝。全斗焕做了一个多小时的工作也无法说动崔圭夏。在此期间，卢泰愚给青瓦台警护室作战课长高明升大领（“一心会”成员）打电话，要求他赶到总理公馆，高明升便带着青瓦台警护室所属兵力18人赶到总理公馆，将原来负责看守公馆的宪兵缴械监禁，代之以自己所带的兵力，等于切断了崔圭夏与外界的联系并变相将其软禁。当时公馆警备官具正吉中领已从陆军本部接到郑升和被绑架的消息，但还没来得及报告崔圭夏就被缴械监禁了。晚7时30分左右，全斗焕听到李鹤捧给他耳语的郑升和已被拿下的消息（由许三守打电话告知）。晚8时30分左右，全斗焕回到首都警备司第30警备团团部，告诉他们总统没有答应，政变集团气氛沮丧。此时，郑升和被绑架的消息已经惊动陆军本部，反政变行动开始部署。

郑升和被绑架后，负责郑升和公馆管理的军官潘一夫准尉急忙去海军陆战队内务班（当时负责看守“公馆村”的是海军陆战队）通风报信。住在汉南洞“公馆村”里的海军陆战队司令金正浩听到枪声后，调动驻守“公馆村”的海军陆战队包围并控制住了留守郑升和公馆的约40名政变军人，在这过程中发生小规模枪战，一名叫朴允宽的宪兵中枪身亡。郑升和夫人申柔京则一一给韩美联合司令部副司令柳炳贤、陆军参谋次长尹诚敏、国防部长官卢载铉（占线）、中央情报部署理李熺性打电话，告知郑升和被绑架之事。尹诚敏立即采取对策，赶到陆军本部，通知全体人员进入紧急状态。与此同时，在延禧洞秘密饭店用餐的张泰玩、郑柄宙、金晋基等接到郑升和出事的消息，也立刻结束宴会，回到各自司令部，召集人员，进入紧急状态。经过金晋基等人的调查，很快得知是权正达（实为许三守）和禹庆允绑架了郑升和，对两人下了通缉令。晚8时8分，陆军本部正式对首都圈下达“珍岛犬1号”（从平时状态转入非常戒备状态，一说是“珍岛犬2号”）的命令，并在汉江各大桥拦截汽车，企图搜救郑升和。晚9时，尹诚敏决定从防备空虚的陆军本部转移到位于首尔中区笔洞的首都警备司令部。国防部长官卢载铉和联合参谋会议议长金钟焕大将则躲进了驻韩美军（美国第八集团军）的地堡里，与驻韩美军司令威克姆、美国驻韩大使来天惠（William H. Gleysteen）观望事态动向，威克姆表示“为了减少韩国国军内部的冲突，要将镇压兵力进入首尔的命令起码保留到天亮”。

晚9时30分左右，全斗焕、黄永时、车圭宪、俞学圣、白云泽、朴熙道六将军来到崔圭夏公馆逼宫。崔圭夏坚持要先经过卢载铉同意，于是全斗焕让接见室外的李鹤捧给卢载铉打电话，晚10时45分接通，此时卢载铉已从驻韩美军地堡回到国防部办公室，表示立刻赶到总理公馆，但并未过来。

全斗焕第二次去总理公馆后，首都警备司令官张泰玩给第30警备团团部打电话，谴责他们叛乱，扬言用坦克把他们全部碾死。政变集团得知事泄，崔世昌和张基梧赶紧回到自己指挥的第3和第5空输旅团（分别驻南汉山城附近与仁川富平），以免指挥权落入他们的直属上司陆军特战司令郑柄宙手中，第33警备团司令官金振永则率领张世东所属的一个中队的兵力去汉南洞，救出被控制在那里的政变军人，并指示第33警备团不得听从张泰玩的指令。晚11时左右，全斗焕等人离开总理公馆，其中朴熙道奉全斗焕之命，回到自己指挥的第1空输旅团（驻首尔江西区），全斗焕则将政变指挥所从首都警备司令部第30警备团转移到自己的保安司令部状况室。在那里，全斗焕主要部署了四项行动：

四项行动都获得成功。一些接到出兵指令的部队，如首都机械化步兵师团（孙吉男少将指挥）、第26步兵师团（裴政道少将指挥）、第30步兵师团（朴熹模少将指挥）、第9空输旅团（尹兴祺准将指挥）都由于全斗焕方面的说服工作而按兵不动。12月13日凌晨0时，崔世昌派麾下第15大队队长朴钟圭中领带38人包围了驻地附近的特战司令部，郑柄宙负伤被俘，秘书室长金五郎少领中枪身亡，随后率2个大队600余人于凌晨3时进驻景福宫。朴熙道亲率麾下第1、2、5、6大队兵力1500余人由幸州大桥进入首尔市区，一路畅通无阻，顺利占领了已经空虚的陆军本部，接着在国防部与首都警备司防空部队短暂交火后，于凌晨2时40分左右占领国防部并俘虏了在那里的联合参谋会议议长金钟焕大将等8名将军，国防部宪兵郑善烨在交火过程中中枪身亡。张基梧派第5空输旅团第23大队长郑洛俊中领和第26大队长张龙柱中领率480余人进入首尔市区，得知国防部和陆军本部已被第1空输旅团占领后，移驻孝昌运动场（第四项行动的状况见下节）。

除了全斗焕的直接部署外，留守景福宫的卢泰愚也在13日凌晨0时左右给自己指挥的第9步兵师团（白马部队）打电话，调遣第29联队长李弼燮大领指挥第29、30联队1300多名兵力从高阳市碧蹄南下，于凌晨3时30分进驻首尔中央厅。在保安司令部的黄永时调遣自己指挥的第1军团第2机甲旅团长李相珪准将所属的第16战车大队180余人，于凌晨3时25分进驻首尔中央厅。黄永时还调遣了第1军团第30步兵师团长朴熹模少将所属的第90联队1100余人，于晨6时20分进驻高丽大学运动场。至此首尔完全落入政变集团手中。

在政变进行过程中，陆军参谋次长尹诚敏等人起初感到愤怒，但冷静下来后，事实上放弃了镇压。他们不希望韩国国军内部发生流血冲突，以免给朝鲜可乘之机，因此尹诚敏不断黄永时、车圭宪、俞学圣等人通话，摸索妥协之道，据说在晚11时左右达成了双方不动员兵力来解决问题的君子协定，但全斗焕一方没有遵守。只有张泰玩持强硬态度，但其麾下的第30、33警备团和宪兵团都参与了政变，他无兵可调，其他部队也不听他的调遣。最后他准备带着包括炊事兵在内的100余名司令部直属兵力，在几辆坦克的掩护下进攻保安司令部，但在出发前就听到坦克中传来全斗焕要求击毙张泰玩的指令，只好作罢。凌晨3时，受到首都警备司令部宪兵团团长赵洪指令的该团副团长申允熙中领率十多名宪兵冲进首都警备司令部司令官室，将所有军部高层全部俘虏，其中陆军本部作战参谋部长河少坤少将中枪受伤，张泰玩则被抓到保安司令部西冰库分室监禁。

12月13日凌晨3时45分，占领国防部的第1空输旅团在地下室发现了卢载铉，把他带到保安司令部见全斗焕，他只能同意全斗焕所提出的批捕郑升和的要求。凌晨4时50分，全斗焕偕卢载铉来到三清洞总理公馆，崔圭夏被迫同意签字批捕郑升和，并写上时间“5:10AM”（上午5时10分），双十二政变遂告结束。

随着崔圭夏签字批捕郑升和，“珍岛犬1号”结束，在郑升和公馆外对峙的金振永和控制政变军人的海军陆战队也结束对峙状态，政变军人获得释放。12月13日上午10时30分，卢载铉正式对外宣布郑升和因涉嫌朴正熙遇刺事件已被逮捕解职。同日军部进行了一系列人事变动，其情况如下表：

美国除了象征性地抗议没有事先告知美方以外，也在事实上承认了政变。1980年2月6日，郑升和以内乱帮助罪被起诉，后被判处十年有期徒刑（后减为七年）。反政变阵营的郑柄宙、张泰玩、李建荣（第3军司令官）、文洪球（合同参谋本部长）等均被强制退役，金晋基主动退役，尹诚敏则调任第1军代理司令官。4月14日，全斗焕被任命为中央情报部长署理，仍兼任保安司令部长官。5月17日，全斗焕又以防备朝鲜“南侵”为由发动政变，逼崔圭夏政府扩大戒严，是为5·17紧急戒严事件，翌日制造光州事件，正式夺取政权。8月，崔圭夏辞职，全斗焕在维新宪法的框架下当选第11届韩国总统。10月废除维新宪法，颁布大韩民国宪法第9号，1981年2月，全斗焕在大韩民国宪法第9号的框架下当选第12届总统，正式开启大韩民国第五共和国。

第五共和国时期，双十二政变被淡化处理，称为“12·12事态”，卢泰愚曾向民主正义党党员发表讲话，称12·12事态是在执法过程中不得已的自卫还击，是出于“救国之意念”。郑升和出狱后，开始为宣传双十二政变的真相而活动，在1993年7月和1994年5月两次联名起诉全斗焕、卢泰愚犯了叛乱或内乱罪，但大检察厅都以超过公诉期限为由不予受理。直到1995年11月卢泰愚秘密资金案东窗事发之后，双十二政变连同之后的光州事件才被受理，并以“匡正历史”的名义审判全斗焕和卢泰愚，最后全斗焕被定罪为“内乱及叛乱首魁”，卢泰愚以下大部分主动参与政变者也都获罪（朴俊炳因未调动麾下兵力而被判无罪，赵洪潜逃美国）。双十二政变由此被韩国官方定性为“12·12军事叛乱”。

双十二政变是韩国继5·16军事政变、十月维新以后的又一次政变，也是继5·16军事政变以后又一场“下克上”的兵变，这是全斗焕登上总统宝座的第一步，通过这场8000多名军人参与的政变而清洗了郑升和、张泰玩等军队内部的夺权障碍，在事实上掌握了军权，以“一心会”成员为核心的“新军部”也由此诞生，政治军人重新在军中得势，本来因朴正熙之死而行将终结的军事独裁由此死灰复燃。

不过，与毕其功于一役的5·16军事政变不同，双十二政变的影响仅限于军队内部，全斗焕此时尚无意推翻崔圭夏政权。而之前因YWCA假结婚事件受到打击的在野民主化势力也逐渐恢复元气，在1980年出现了“首尔之春”的局面，推动韩国民主化运动的发展，于是全斗焕在1980年5月17日发动了5·17紧急戒严事件，架空崔圭夏，夺取政权，结束“首尔之春”。因此，有人认为双十二政变到5·17军事政变的264天都属于全斗焕的夺权政变的期间内，因此将双十二政变称为“世界历史上历时最长的政变”。从这个意义上来说，双十二政变可以说是5·17紧急戒严事件的预备政变。