在得知日軍支持朝鮮開化黨人發動政變和日軍進攻仁川之后，由陳樹棠、吳兆友緊急函告直隸總督兼北洋大臣李紹泉朝鮮發生政變的消息，請求增兵并指示應對策略。袁蔚霆則在12月5日下午和夜間做好了戰斗的準備，他首先聯絡爭取由他編練的朝鮮新軍京軍壯衛營。當晚，袁蔚霆向壯衛營官兵發放上等成色的黃金8000兩，與左右營統帶官金鐘呂、申泰熙秘密約定次日入宮，共同護衛國王。袁蔚霆還尋找出兵的名義，他要求朝鮮右議政沈舜澤寫信求援，于是沈舜澤以朝鮮政府名義致函袁蔚霆等乾軍將領，懇請其出兵鎮壓開化黨，解救國王，驅逐日軍，袁蔚霆由此得到了出兵的充分理由。
此時開化黨雖然政變成功，但形勢已經發生了微妙的變化。閔妃在金玉均等人的欺騙和恐嚇之下來到狹小的景佑宮，本來就十分不爽，當時，另一名守舊派大臣沈相薰成了漏網之魚，他利用在宮中值勤的機會，在12月5日早晨將閔臺鎬、柳在賢等大臣被殺的真相（此前金玉均欺騙國王稱為乾軍暴徒所殺）寫成密信，放入御膳中，開化黨人徐載弼掌管御膳進出，但沒有察覺到藏在御膳底部的密信，因此密信落入閔妃手中。閔妃由此得知自己的族人閔臺鎬、閔泳穆已被開化黨人殺死，最寵愛的侄子閔泳翊也被砍成重傷，因而對金玉均等人恨之入骨，決心鏟除開化黨。她利用宮女傳遞消息，要求沈相薰火速出宮，與閔妃集團官員和乾軍取得聯系，并制造輿論，誘導朝鮮民眾反對開化黨。而閔妃自己則竭力慫恿李熙搬回寬敞不易防守的昌德宮。盡管開化黨人堅決反對，但在苦不堪言的王室成員和宮女宦官的強烈要求及日本公使竹添進一郎自以為是的許可之下，12月5日中午，李熙、閔妃等王室成員從景佑宮搬出，在桂洞宮（李載元之府邸）作停留，于當日下午回到昌德宮。12月6日上午，開化黨人成立的朝鮮新政府發布改革政綱。開化黨本來就缺少民眾基礎，如今又與日本兵勾結，劫持國王，殺害大臣，所以整個漢城流言四起，說王妃已被開化黨殺害，國王生死未卜，開化黨將另立8歲的國王庶子李輞為新國王。漢城市民并不認同開化黨的政綱，反而不滿其犯上作亂的作為，紛紛聚集起來，要殺盡倭寇，解救國王。未遭開化黨清洗的中間派大臣金允植、南廷哲等紛紛跑到乾軍大營，“痛哭乞師”，要求乾軍出兵解救國王。袁蔚霆在部分駐朝乾國官員和將領猶豫不決的情況下，果斷決定率乾軍入宮鎮壓開化黨。
袁蔚霆與吳兆友等人商量后，先派留在乾軍大營受命求援的朝鮮京畿監司沈相薰返回王宮，讓其伺機向國王傳遞乾軍將入宮解救的消息。此時陳樹棠、吳兆友等人仍猶豫不決，為了打消眾人的疑慮，袁蔚霆慨然承諾“如果因為挑起爭端而獲罪，由我一人承當，決不牽連諸位”。見眾人首肯，袁蔚霆立刻率2000官兵及朝鮮京軍壯衛營左右營大舉進攻昌德宮。
當天下午3時，乾軍和親乾朝鮮軍共3000人向昌德宮發起進攻。袁蔚霆從敦化門直入昌德宮，直接同日軍交戰；吳兆友從宣仁門入昌慶宮，包抄左路；張光前殿后策應。乾軍一入宮門，便遭到朝鮮士官生徒組成的“忠義軍”和日軍的猛烈射擊。乾軍果斷還擊，雙方展開了激戰，宮內頃刻大亂，閔妃攜王世子李拓趁亂逃出昌德宮，在沈相薰、李范晉等人的保護下逃往東郊覺心寺避難，其他宮中女眷也紛紛逃走。李熙在李載元等左右近臣和武監的護衛下從自己所在的昌德宮觀物軒逃出，走到后苑大報壇時被日本人和開化黨發現而劫走，轉移到演慶堂安置。袁蔚霆攻入昌德宮，直抵觀物軒，發現國王已被轉移，遂與退守樓臺的日軍展開新一輪的激戰。袁蔚霆身先士卒，即使尸體滿路也毫無懼色，奮勇當前。正膠著間，王宮守軍中數百名先前蒙袁蔚霆督導訓練的朝鮮士兵臨陣倒戈，加入了乾軍一方，戰局立時扭轉。
戰況激烈之時，正在演慶堂的開化黨人和日本人亂作一團，金玉均、洪英植等人要求國王李熙發布“勤王告示”，召集“天下義兵”前來“平亂”，李熙堅決拒絕，金玉均不得已，便盜用國王御璽，以國王名義發布文告，召集“義兵”前來，同時他發出了，召開化黨人之前聯絡的地下會黨武裝前來助戰，而竹添也將漢城里所有的日本浪人動員起來，進攻乾軍。但沒想到乾軍迅速打敗了日軍，金玉均和竹添倉惶挾持李熙逃跑，前后輾轉五次，來到東北角宮墻，遇到了洪啟薰率領的800名朝鮮京軍壯御營士兵，他們向金玉均一行開槍，金玉均高呼“國王殿下在此”，洪啟薰怕誤傷國王，下令停止射擊，于是金玉均一行繼續撤退。在路上金玉均極力勸說，要李熙逃到仁川。不料竹添進一郎已經在乾軍的猛烈進攻下嚇破了膽，他違背諾言，決定先行率日軍撤離，退回公使館等待援兵。李熙則命人帶他去城北關帝廟避難。日軍要撤回公使館，李熙要去北關廟，開化黨人被迫作出抉擇。經過一番商議，金玉均、樸泳孝等開化黨骨干隨竹添去日本公使館待援，洪英植等人護衛李熙出宮赴北關廟。昌德宮內的戰斗持續了兩個小時，乾軍大獲全勝，但卻不見國王的蹤跡。袁蔚霆重金懸賞打探國王去向，夜間才得知其下落，立刻派兵前去北關廟搶奪。洪英植、樸泳教及20名開化黨士官生徒拼命阻止，結果當場被朝鮮士兵全部射殺。
次日，國王李熙移居袁蔚霆所部軍營，召集原政府成員金弘集、金允植等，商議善后，并召見各國使節，告知政變平息。開化黨人的“三日天下”宣告終結。
在這場政變中，乾軍有122人陣亡。漢城市民堅決擁護乾軍的平叛行動，在乾軍得勝回營時“沿路百姓手舞足蹈，歡聲如雷，至有拆己屋燎火以明道路者”，另一方面“城中軍民，讎視日人，遇輒殺之，毀其所駐營房”，這時開化黨人召集的“義兵”和地下會黨武裝趕到了，日軍得到了增援，士氣大振，開始發動反撲，漢城頓時陷入到了混戰之中。
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