مولوتف، کمیسر امور خارجه شوروی نیز یادداشتی به محمد ساعد، سفیر وقت ایران در مسکو تسلیم کرد که در آن ورود قوای شوروی به ایران به استناد مواد پنجم و ششم عهدنامه دوستی ۱۹۲۱ میلادی و برای جلوگیری از فعالیت آلمانها در ایران که خطری برای امنیت شوروی به شمار میرفت، توجیه شده بود. رضاشاه که در مقابل حمله ناگهانی دو همسایه نیرومند غافلگیر شده بود، بلافاصله به وسیله سفرای ایران در مسکو، لندن و واشنگتن از دولتهای مزبور تقاضا کرد عملیات نظامی را بیدرنگ متوقف کرده و با او وارد مذاکره شوند. متفقین جوابی به این تقاضا نداده و تلویحا فهماندند که دیگر دیر شده است.
رضاشاه به تصور اینکه متفقین حاضر نیستند با منصور نخستوزیر وارد مذاکره شوند، او را برکنار و محمدعلی فروغی را که بیشتر موردقبول انگلیسیها بود، مأمور تشکیل کابینه جدید کرد. به پیشنهاد فروغی، رضاشاه به همه واحدهای نظامی دستور ترک مقاومت صادر کرد. پسازاین اقدام، فروغی با نمایندگان شوروی و انگلستان وارد مذاکره شد. رضاشاه حاضر به قبول تقاضایی مبنی بر آنکه سفرای دو دولت به جای اخراج اتباع آلمانی، تحویل آنها را به قوای متفقین در دستور کار قرار دهند، عملی خصمانه درباره آلمان دانست. در نتیجه چنین موضعی مذاکرات طول کشید. نیروهای متفقین هم اولتیماتومی دادند که اگر دولت ایران تا ۴۸ ساعت اتباع آلمانی را به نیروهای آنها تسلیم و سفارتخانههای آلمان، ایتالیا، رومانی و مجارستان را تعطیل نکند، قوای متفقین پایتخت را اشغال خواهند کرد. ازآنجاکه رضاشاه جواب صریحی به اولتیماتوم متفقین نداد، در ۱۶ سپتامبر برابر با ۲۵ شهریور ۱۳۲۰، قوای شوروی و انگلستان از شمال و جنوب به سوی تهران حرکت کردند. رضاشاه بهناچار در همان روز به نفع ولیعهدش محمدرضا از سلطنت استعفا داد.
محمدرضا پهلوی در کتاب «پاسخ به تاریخ» مینویسد: «متفقین به دولت ایران اطلاع دادند که قوای مسلح آنها در ۲۶ شهریور ۱۳۲۰ تهران را اشغال خواهند کرد. سپس در روز ۲۵ شهریور ۱۳۲۰ پدرم استعفا داد.» اینچنین بود که همزمان با حرکت نیروهای متفقین به سوی تهران، رضاشاه، نامه استعفایی را که توسط فروغی تهیه شده بود، امضا کرد و صبح روز ۲۵ شهریور راهی اصفهان شد.
متن استعفا به این شرح بود: «نظر به اینکه من همه قوای خود را در این چندساله، مصروف امور کشور کرده و ناتوان شدهام، حس میکنم وقت آن رسیده که یک قوه و بنیه جوانتری به کارهای کشور که مراقبت دائم لازم دارد، بپردازد و اسباب سعادتورزی ملت را فراهم آورد؛ بنابراین امر سلطنت را به ولیعهد و جانشین خود سپرده و از کار کناره گرفتم. از امروز که ۲۵ شهریور ۱۳۲۰ است عموم ملت از کشوری و لشکری، ولیعهد و جانشین قانونی من را باید به سلطنت بشناسند و آنچه از سوی مصالح نسبت به من میکردند، نسبت به ایشان منظور
دارند». استعفانامه رضاخان که منتظر تعیین تکلیف ولیعهد بود، پیش از سوگند محمدرضا در مجلس خوانده شد و مقدمات رفتن پدر و انتصاب پسر به سلطنت تدارک دیده شد. روز ۲۵ شهریور، استعفای رضاشاه و انتصاب محمدرضا به سلطنت به مجلس اعلام شد و روز ۲۶ شهریور، محمدرضا در مجلس سوگند خورد و رسما شاه شد.
برنامه سفر رضاشاه که انگلیسیها برای او تنظیم کرده بودند، این بود که از طریق کرمان به بندرعباس برود و از آنجا با یک کشتی، عازم هندوستان شود. به رضاشاه گفته بودند که پس از مدتی اقامت در هندوستان، به هرجا که خودش مایل باشد، میتواند سفر کند. رضاخان بهسرعت، سوار اتومبیلش شد تا به سوی اصفهان و سپس کرمان حرکت کند. خانوادهاش قبلا به اصفهان رفته بودند.
رضاخان عجله داشت که سریع تهران را ترک کند تا به دست قشون روس نیفتد؛ زیرا هر لحظه ممکن بود آنان از کرج به تهران برسند. رضاخان از اصفهان به کرمان و سپس به بندرعباس رفت. او از بندرعباس با یک کشتی تجاری، عازم بمبئی شد. بر خلاف انتظار مسافران، کشتی به بمبئی نرفت و مسیر جزیره موریس را در پیش گرفت. سرانجام به «ژوهانسبورگ» در آفریقای جنوبی فرستاده شد.
سه سالی در این جزیره روزگار گذراند تا اینکه سرانجام در چهارم مرداد ۱۳۲۳ بر اثر سکته قلبی درگذشت. یرواند آبراهامیان در کتاب «ایران بین دو انقلاب» مینویسد: «سرنگونی و سرانجام مرگ رضاشاه در تبعید که در آخرین سالهای پادشاهی به مستبدی حریص و بیرحم و مرموز تبدیل شده بود، کسی را متأسف و متأثر نکرد.» پیکر رضاشاه پس از مرگ ابتدا به مصر منتقل شد و بهصورت امانت در آن کشور باقی ماند تا اینکه سرانجام در سال ۱۳۲۸ جسد او را به ایران آوردند و در آرامگاهی در شهرری به خاک سپردند.