La trayectoria proeuropea de Ucrania se detuvo abruptamente en noviembre de 2013, cuando un acuerdo de asociación planeado con la UE se hundió pocos días antes de que se programara su firma. El acuerdo habría integrado más estrechamente los lazos políticos y económicos entre la UE y Ucrania, pero Yanukóvich cedió ante la intensa presión de Moscú. Las protestas callejeras estallaron en Kiev, y Lutsenko y Klitschko emergieron como los líderes de las manifestaciones más grandes desde la Revolución Naranja. La policía dispersó violentamente a las multitudes en el Maidan Nezalezhnosti («Plaza de la Independencia») de Kiev, y, mientras las protestas continuaban hasta diciembre, los manifestantes ocuparon el ayuntamiento de Kiev y pidieron a Yanukovich que dimitiera. Rusia, a su vez, ofreció reducir el precio del gas natural y comprar bonds 15 mil millones en bonos ucranianos para apuntalar la tambaleante economía del país.

Cuando las manifestaciones dieron paso a disturbios en enero de 2014, Yanukovich firmó una serie de leyes que restringían el derecho a protestar, y cientos de miles tomaron las calles de Kiev en respuesta. Se produjeron sangrientos enfrentamientos entre la policía y los manifestantes, con docenas de heridos en cada lado. El 22 de enero, dos manifestantes murieron en escaramuzas con la policía, y las manifestaciones pronto se extendieron al este de Ucrania, una región que tradicionalmente había apoyado a Yanukóvich y vínculos más estrechos con Rusia. Los manifestantes ocuparon el ministerio de justicia en Kiev, y el parlamento derogó apresuradamente las medidas contra la protesta. A medida que continuaban las conversaciones entre Yanukóvich y los líderes de la oposición, Azarov presentó su renuncia como primer ministro.

En febrero, cientos de manifestantes fueron liberados de la cárcel como parte de un acuerdo de amnistía que llevó a la evacuación de los manifestantes de los edificios gubernamentales. Sin embargo, el deshielo de las tensiones duró poco, ya que los parlamentarios de la oposición fueron rechazados en sus intentos de limitar los poderes de la presidencia, y la batalla en las calles tomó un giro mortal. Más de 20 personas murieron y cientos resultaron heridas cuando las fuerzas gubernamentales intentaron retomar el Maidán el 18 de febrero. Los 25.000 manifestantes que permanecían en la plaza rodearon su campamento con hogueras en un intento de prevenir otro asalto. Manifestantes en las ciudades ucranianas occidentales de Lviv e Ivano-Frankivsk se apoderaron de edificios gubernamentales, y funcionarios de la UE amenazaron con sanciones contra Ucrania a menos que la administración de Yanukovich tomara medidas para reducir la violencia. La tregua propuesta no se materializó, y el 20 de febrero la violencia en Kiev se intensificó dramáticamente, con la policía y las fuerzas de seguridad del gobierno disparando contra multitudes de manifestantes. Decenas de personas murieron, cientos resultaron heridas y los líderes de la UE cumplieron su promesa de promulgar sanciones contra Ucrania. El control del gobierno central continuó erosionándose en el oeste de Ucrania, ya que las fuerzas de la oposición ocuparon comisarías de policía y oficinas gubernamentales en Lutsk, Uzhhorod y Ternópil.

La semana más sangrienta de la historia postsoviética de Ucrania concluyó el 21 de febrero con un acuerdo negociado por la UE entre Yanukovich y los líderes de la oposición que pedía elecciones anticipadas y la formación de un gobierno de unidad interino. El Parlamento respondió aprobando por abrumadora mayoría la restauración de la Constitución de 2004, reduciendo así el poder de la presidencia. En votaciones posteriores, el Parlamento aprobó una medida que concedía una amnistía total a los manifestantes, despidió al ministro de Asuntos internos, Vitaliy Zakharchenko, por su papel en ordenar la represión del Maidán, y despenalizó elementos del código legal en virtud del cual Tymoshenko había sido procesado. Yanukóvich, su base de poder desmoronándose, huyó de la capital antes de una votación de destitución que lo despojó de sus poderes como presidente. Mientras tanto, Tymoshenko, que había sido liberada de la cárcel, viajó a Kiev, donde pronunció un apasionado discurso ante la multitud reunida en el Maidán. El líder adjunto de la Patria Oleksandr Turchynov fue nombrado presidente interino, una medida que Yanukovich denunció como un golpe de Estado. El 24 de febrero, el gobierno interino acusó a Yanukóvich de asesinato en masa en relación con la muerte de los manifestantes de Maidán y emitió una orden de arresto contra él.

La economía ucraniana, que luchaba antes de las protestas de Maidán, respondió erráticamente a la cambiante situación de poder, con el hundimiento de la grivna a mínimos históricos. La norma de agencia de crédito & Poor’s redujo la calificación de la deuda del país y rebajó su perspectiva financiera, mientras el Fondo Monetario Internacional (FMI) buscaba restaurar la calma. El gobierno interino ucraniano instaló al líder de la Patria Arseniy Yatsenyuk como primer ministro, y se programaron elecciones presidenciales anticipadas para mayo de 2014. Yanukóvich resurgió el 28 de febrero en Rostov-na-Donu, Rusia, y pronunció un desafiante discurso en ruso, insistiendo en que todavía era el presidente legítimo de Ucrania.