周世宗柴荣临死前，因猜忌而罢免禁军主帅张永德的殿前都点检军职，命赵匡胤接任，使他掌握了后周最重要的军权。世宗死后，幼子柴宗训即位，因年仅七岁，主少国疑，政局不稳。
显德七年（960）正月初一，镇、定二州传报北汉与契丹联兵南侵，宰相范质、王溥决定派赵匡胤率军前往抵御。军队方始调动，京城开封即盛传“策点检为天子”的舆论，惟独内廷晏然不知。正月初三，大军出发，天黑前到达开封东北40里的陈桥驿。当晚，赵匡胤酒醉就寝，其弟赵匡义和赵普等组织策动兵变。忠于赵匡胤的禁军将领纷纷议论，说当今皇帝年幼，将士即使出死力破敌，又有谁知道。不如立点检为天子，再北征也不迟。这些话，使将士中的兵变情绪渐渐高涨起来。赵普见事已成熟，要求诸将严禁士兵剽掠百姓，以安定都城人心，保证“兴王易姓”顺利进行。次日凌晨，众将士手执兵器，来到赵匡胤的寝所，齐声喊道：“诸将无主，愿立太尉为皇帝。”并把象征皇帝登基的黄袍披在赵匡胤身上，罗拜高呼万岁。这就是众多史书号称的“陈桥兵变”。
赵匡胤一待黄袍加身，立即率大军回师开封。他当众宣布：回京师后，不得惊犯后周幼帝、太后，不得侵凌后周公卿大臣。兵变队伍进城后，秋毫无犯，市井平静。后周宰相、大臣闻变失色，个个手足无措。侍卫亲军马步军副指挥使韩通欲召集兵士抵抗，为兵变士兵杀死。宰相范质、王溥被抓到赵匡胤面前后，见势不妙，只能相继跪拜，口呼万岁。
就这样，赵匡胤轻易地夺取了后周政权，正式登上皇位，改封后周幼帝为郑王，以宋为国号，定都开封。
长期以来，对陈桥兵变中的许多环节，后人提出了众多疑问。司马光《涑水记闻》说赵匡胤北征前，“京师喧言，出师之日，将策点检为天子”，当时城中富户一看时局要乱，慌忙带了全家往外州跑，只是宫中不知道要发生兵变。如此，未兵变前早有人看出要发生兵变换朝代了。有学者指出，宋人笔记记载说，赵匡胤早年曾到高辛庙占卜，“自小校以上至节度使，一一掷之，皆不应”。于是自言自语说：“过此则为天子乎？”一掷即中。不论这事的真假，这则在宋朝广泛流行的轶闻，正反映了赵匡胤一直有着当皇帝的野心。《宋史·杜太后传》谈到杜太后得知其子黄袍加身后，说：“吾儿素有大志，今果然。”还说：“吾儿生平奇异，人皆言当极贵，又何忧也。”哪有儿子发动兵变当上了皇帝，母亲仍与人谈笑自若的？北方战事，为什么黄袍加身后，不费一刀一枪，立即就太平了？镇、定二州的军情难道不是配合赵匡胤兵变而谎称的？
民国初年，蔡东藩撰写《宋史演义》时，也产生了许多怀疑。他认为陈桥兵变是赵匡胤一手策划的：“陈桥兵变，黄袍加身，史家但言非宋祖意。吾谓是皆为宋祖所欺耳。”他也提出契丹和北汉的扰边为何不见踪影了？点检作天子的谣言，是从哪里来的？兵变的部队中，哪里来的黄袍？赵匡胤称帝后，为什么首先奖赏策划兵变的功臣？他一针见血地说：“足见宋祖之处心积虑，固已有年”，“第借北征事瞒人耳目而已。”这样的怀疑，在现在通行的一些著作中都能见到，一般都认为兵变是赵匡胤自己一手策划的，契丹入侵是谎报。
近年来，又有一些历史学家对这件疑案进一步探索，发现了更多的疑点。李裕民认为赵匡胤夺取政权是动足了一番脑筋的。当周世宗去世时，赵匡胤刚为殿前都点检，虽有政变的实力，但反对势力甚强，侍承亲军司都指挥使李重进是周太宗的外甥，副都指挥使韩通有勇寡谋，誓死效忠周室。潞州节度使李筠养兵三万，步军都指挥使袁彦是与赵匡胤为敌的一员虎将。恭帝即位一个月后，赵匡胤开始作政变准备。不久，他设法将袁彦调任为陕西节度使，李重进调任为淮南节度使，任命自己的密友高怀德、张令铎为侍卫马、步军都指挥使，控制了首都军队的主要位置。显德七年（960）正月初一，镇、定二州来报契丹人寇，朝廷命赵匡胤率兵出征，此时大权在握，可以发动兵变了，但没有发动，原因是他对殿前副都点检慕容延钊吃不准，万一不同意兵变，事情就会变复杂。正月二日，赵匡胤命慕容延钊率前军出发，自己为了不让人怀疑，宣布将于次日出发。四日发生陈桥兵变，然后回城登殿做了皇帝，这时慕容延钊仍不知情，继续一心一意向北进发。赵匡胤发动政变，其实是早就有预谋的。
美国学者刘子健认为陈桥兵变时赵匡胤在睡觉，醒来已是黄袍加身，那是宋代史料对他的美化，在黄袍上再加上了一件道德化合法化的外衣。关于兵变的主谋，清代学者认为是宋太宗和赵普，也有人认为是宋太祖，但从史料来看，太祖是主角，可是他不便自己活动。太宗是皇亲国戚，到处联络，也不怕受人怀疑，他是主要的执行者。至于赵普，与军队的关系较浅，居于次要地位。
顾吉辰认为赵匡胤典掌禁兵后，在他幕下组成了以他弟弟光义、赵普、李处耘等人为核心的智囊团，同时又聚集了一批知兵善战、老于兵事的领兵武将。在推翻后周政权的过程中，赵匡胤制造了许多政治谣言。如赵匡胤出发征契丹的那一天，号称知天文的军校苗训，“见日下复有一日”，就说“此天命也”，意谓赵匡胤当皇帝是上天授命的。周世宗之前攻打契丹时，无意中发现木牌一块，上面写着“检点做”三个大字，这无疑也是赵匡胤故意弄出来的。大军临出发北征时，赵匡胤制造京城内策立新天子的谣言，还通过道学家之口，散布“赵点检作官家”的言论。契丹入侵，也是当时伪造出来的。后周末年的这场政治谣言，直接导致了赵宋王朝的顺利建立。至于许多宋人笔记上谈到的赵匡胤是真龙天子，是命中注定的言论，是后周这场谣言的继续和延伸，为赵氏篡权制造合法合理的理论。
当然，也有一部人认为陈桥兵变是无疑可谈的，应以史书记载为准。他们认为镇、定二州的军情不是谎报，在《宋史》、《续资治通鉴长编》等史书中全部可以找到。二州的节度使郭崇和孙行友不是赵氏集团的人，在宋初被解甲归田，他们怎么会编造假情报？契丹趁后周主少国乱之际起兵入寇，完全是有可能的。清代著名史学家赵翼认为五代时期的皇帝，常由军士拥立，相沿以为故事，下凌上替，祸乱相寻，这样的例子可以找出很多。
陈桥兵变导致的黄袍加身，是赵压胤等人预谋的，还是偶然发生的，看来依然是个历史之谜。许多人对这个问题仍十分感兴趣，将会不断地争论下去。
