השאה עצמו התנגד תחילה לתוכניות ההפיכה ותמך בהלאמת הנפט, אך לאחר שהודע על ידי ה-CIA כי אם לא ישתף פעולה, גם הוא "יודח" שינה את דעתו. לאחר שהושג הסכמתו של השאה, ה-CIA ביצע את ההפיכה תחת העילה הרשמית כי הצו של מוסדאק לפיזור הפרלמנט שולל מכוחו של השאה ומעניק למוסדאק וממשלתו כוח מוחלט ו"סמכויות מוחלטת ודיקטטוריות". ב-15 באוגוסט התבקש נעמת-אללה נצירי, מפקד במשמר המלכותי של השאה, להעביר למוסדאק את מכתב הפיטורין מטעם השאה, אך מוסדאק שהוזהר מפני המזימה לפיטורו סירב לקבל את המכתב והורה לאסור את נצירי. לאחר שהתוכנית האמריקאית והבריטית בשיתופו של השאה פורסמה על ידי ה-CIA בניו יורק טיימס, תומכיו של מוסאדק, ובעיקר תומכי מפלגת תודה, יצאו לרחובות במחאות אלימות. השאה, מחשש לתגובה חריפה, מלווה באשתו השנייה סוראיה נמלט מאיראן לעיראק ולאחר מכן לאיטליה.
לאחר שניסיון ההפיכה הראשון כשל, הורה מוסדאק לכוחות הביטחון לעצור את המעורבים במזימה, והאמין כי עם תום המעצרים הפיכת ה-CIA כשלה. מאמין כי הצליח בהשגת שליטה מלאה על הממשלה ביקש מוסדאק מתומכיו לחזור לבתיהם ולהמשיך בחייהם כרגיל. עם זאת הגנרל פזל-אללה זאהדי תומך השאה, שהצהיר כי היה ראש הממשלה החוקי, הצליח להסתתר ולהתחמק ממעצר. זאהדי ארגן מפגש סודי בין מחנות תומכי השאה ובאמצעות מימון אמריקאי הגו תוכנית חדשה. לצורך ביצוע תוכנית זו הסתמכו התסיסה העממית: ההלם מבריחת השאה מאיראן, פחד מפני הקומוניזם, ומעצרי מתנגדי מוסאדק. בנוסף מספר אנשי דת איראנים שיתפו פעולה עם סוכנויות הריגול המערביות כי לא היו מרוצים מממשלתו החילונית של מוסדאק, ובהם אייתוללה בהבהאני שהשתמש בהשפעתו כדי לגייס מפגינים דתיים נגד מוסאדק.
ב-19 באוגוסט, נשכרו מסתננים שיתחזו לחברי מפלגת תודה הקומוניסטית ויארגנו "מהפכה קומוניסטית". המסתננים החלו בגלי מחאה והסיתו את יתר חברי תודה האמיתיים להצטרף. עד מהרה, חברי תודה יצאו לרחובות תוקפים כמעט כל סימן לקפיטליזם. האחרונים בזזו עסקים פרטיים, הרסו חנויות ובנוסף השחיתו חלקים גדולים מהרובע העסקי של טהראן, אירועים שהובילו לסלידה ציבורית. במקביל מומנה קבוצה שנייה של מסתננים, שהתחזו לתומכי השאה, ארגנו ועודדו מחאות המוניות של איראנים זועמים המבוהלים מ"המהפכה הקומוניסטית" ואלימות ה"מהפכנים". בשלב זה של ההפיכה, נציגי ממשל אייזנהאואר, דאגו לשחד פקידי ממשל, עיתונאים, אנשי עסקים ובריוני רחוב איראניים, על מנת שיביעו תמיכה בשאה ויתנגדו למוסדאק. בנוסף, נעשה שימוש נרחב ב-BBC בפרסית לקידום התעמולה נגד מוסדאק. ה-CIA היה מקושר עם אשרף פהלווי, אחותו התאומה של השאה, שפעלה מאחורי הקלעים להשבת אחיה ולהדחתו של מוסאדק. עד כי השידורים החוזרים פעם אחר פעם בערוץ הרדיו, הובילו את הצוות האיראני שעבד ברדיו של ה-BBC בפרסית לפתוח בשביתה כמחאה. הטקטיקות של ה-CIA כללו גם מתן שוחד למפגינים לתקיפת סימני השאה, תוך קריאת סיסמאות בעד מוסאדק - דבר שגרם לאזרח האיראני הממוצע לרגשות שנאה וחוסר אמון במוסאדק, שכן סימני המלך ביטאו והיו בתקופה זו כסמל לאיראן.
עד צהרי היום, קהל גדול של אזרחים איראנים יצאו לרחובות בהפגנות המוניות, חמושים בנשק מאולתר והכו בחזרה בחברי מפלגת תודה. תחת הנהגתו של זאהדי, הצבא הבריח את תומכי תודה הקומוניסטים ולאחר מכן הסתערו בתמיכת המפגינים על בנייני הממשלה. מוסאדק עצמו נמלט לאחר שטנק ירה פגז על ביתו, אך מאוחר יותר הסגיר עצמו לצבא. כדי למנוע שפיכות דמים נוספות, סירב מוסדאק לארגן את תומכיו כניסיון אחרון לשימור שלטונו. עד סוף היום, זאהדי והצבא השתלטו על הממשלה. לאחר שהתוודע השאה להצלחת ההפיכה חזר מאיטליה לאיראן, ומוסדאק הוחלף רשמית בזאהדי. במקור מוסאדק נעצר, נשפט ונידון למוות. אך בצו אישי של השאה עונשו של מוסדאק הוקל לכליאה לשלוש שנים בבידוד בכלא צבאי, ולאחריו מעצר בית עד ליום מותו.
תקופת המשטר העריץ (1953–1979).
הסאוואכ והפלת האופוזיציה 1953–1957.
בעקבות ההפיכה החל הליך נרחב של חיפוש אחר מעורבים בשירות הפדאיון האסלאמי בעבור העמדתם לדין. המפקח הכללי של המשטרה, מחמוד אפשרטוס, נרצח בידי אנשי הארגון באפריל 1953. לאחר עשור של שלטון טרור לא מוגבל שכלל אינספור ניסיונות התנקשות פוליטיים, מנהיג התנועה, נואב צפאווי, הועמד לדין ב-1956 והוצא להורג בידי כיתת יורים. בעקבות ההפיכה ב-1953 החל גם מצוד אחר תומכי מוסאדק - ב-1954 נתפס שר החוץ שלו, חוסיין פאטמי, בידי הרשויות, עונה והוצא להורג.
השאה גם ייסד משטרה חשאית, שהייתה ידועה בשיטותיה האימתניות - הסאוואכ (ראשי תיבות בפרסית של "הארגון למודיעין ולביטחון המדינה"). הארגון, שאומן הן על ידי ה-CIA והן על ידי המוסד הישראלי, פעל נמרצות כדי לדכא התנגדות פוליטית, במיוחד מצד השמאל הפרו-קומוניסטי בתחילה ובהמשך מצד התנועות האסלאמיות העצמאיות.
"המהפכה הלבנה".
בשנות החמישים היו 150 משפחות אמידות מאוד שהחזיקו יחדיו ב-50% מכלל האדמה הפורייה והמיועדת לחקלאות במדינה (מתוכם בעל אדמות אחד אחז בנחלה בגודל של שווייץ), תריסר בעלי אדמות היו אחראים כל אחד על בין 40 ל-50 יישובים וכפרים. השאה רצה לשבור את מערכת הכוחות הקיימת אותה כינה במונח המערבי "פאודליזם" ורצה להעביר את הקרקעות לידי אחריותם של האיכרים והחקלאים שעבדו אותן. בתוך כך היה עליו להתמודד מול אופוזיציה מצד הממסד הדתי השיעי, בעלי הקרקעות, האריסטוקרטיה העשירה ושאריות של תנועת 'החזית הלאומית' של מוסאדק. את סדרת הרפורמות שקידם כינה השאה "המהפכה הלבנה" משתי סיבות, ראשית מתוך כוונה כי תהיה זאת מהפכה שתעשה ללא שפיכות דמים, ושנית בתגובה לאפשרות של "מהפכה אדומה" (בראשות תנועות קומוניסטיות וסוציאליסטיות) או "מהפכה שחורה" (בראשות הממסד הדתי הקיצוני).
לאחר עשור שבו דן השאה ופיתח את תוכניתו עבור סדרת רפורמות מרחיקות לכת, ב-11 בנובמבר 1961 הוא עקף את האופוזיציה דרך צו ביצועי רשמי שהחל את המהפכה הלבנה. במסגרת הצו כתב: "האינטרסים של האומה צריכים לעמוד מעל לכל התחשבות אחרת. אם נעסיק את עצמנו ברגולציות שאינן פרקטיות ונאבד את ההזדמנות המועדפת הפתוחה בפנינו כעת, נעשה דרך כך חטא כבד." בתחילת 1963 התקיים משאל עם לגבי הרפורמות של המהפכה הלבנה ובסיומו פורסם כי 99.3% מכלל המצביעים תמכו ברפורמות (התוצאה הרשמית של משאם העם הייתה 5.6 מיליון תומכים לעומת 4,115 מתנגדים). בהמשך ינואר אותה השנה, פורסמה תוכנית בת שש נקודות לרפורמות המהפכניות: 1) רפורמה בחלוקת קרקעות ל"ביטול הפאודליזם", 2) הלאמה של יערות ואזורים טבעיים המיועדים לשימור בדמות שמורות טבע, 3) הפרטה של חברות, תאגידים וגופים בתעשייה ובכלכלה הנשלטים בידי הממשלה, 4) חלוקת רווחים ומענק 20% מכלל ההכנסות לידי המועסקים בכל החברות והתאגידים, 5) הענקת זכות בחירה לנשים, 6) הקמת 'חיל אוריינות': זרועה צבאית שמטרתה לחנך את האוכלוסייה קרוא וכתוב, כאשר שני שליש מכלל האיראנים באותה התקופה היו אנאלפביתים. בהעברת החקיקה על ששת הנקודות בפרלמנט, השאה טען כי זהו אחד האירועים המשמעותיים ביותר בכל ההיסטוריה של איראן.
דרך המהפכה, השאה פעל לקידום של חילון במדינה והתקרבות תרבותית למערב. מאמציו לקדם את "המהפכה הלבנה" השיגו תמיכה חד משמעית מצד ארצות הברית, בראש ובראשונה הנשיאים ג'ון פיצג'רלד קנדי ולינדון ג'ונסון. הוא החל לדרוש לבוש חילוני, ולפעול ללימודים מעורבים בבתי ספר. אנשי הדת התנגדו למהלכים הללו, אך קולם דוכא על ידי המשטר. כדי למשול בעולם הדת, הוביל השאה למנגנון בחינות הסמכה לתפקיד איש הדת: המולא. בכך הוא שבר מסורת עתיקה של הסמכה קהילתית מסורתית לתפקידי המולות, ויצר התמרמרות נוספת. גורם נוסף שהקשה על המימוש הפרקטי של החזון המקורי ברפורמות היה עצם העובדה שנתח משמעותי מכלל החקלאים באיראן הם נוודים. הטופוגרפיה ההררית של המדינה גרמה לכך שאחוז גבוהה מהאוכלוסיית האריסים היו צריכים לנוע עם שינויי עונות וכדומה, דרך שביטל את הרעיון של בעל קרקעות האחראי על מספר מסוים של איכרים וחקלאים, כפי שהיה במערכת הפאודלית או בצמיתות האירופית.
השאה ציפה דרך מהלכיו הפוליטיים והרפורמות של "המהפכה הלבנה" כי יושג לו רווח פוליטי משמעותי. ראשית, הייתה ציפייה כי בני המעמד השלישי, האיכרים חסרי הרכוש שעבדו בקרקעות שלא היו שלהם, ירעיפו עליו תמיכה פוליטית ואהדה על ששיחרר אותם מידי בעלי הקרקעות ה"פאודלים". הייתה גם ציפייה כי אותם איכרים, שעד כה לא ידעו קרוא וכתוב, יהפכו לאזרחים פטריוטים מן השורה, אמנם הם לא הבינו חלק משמעותי מהרטוריקה של השאה, ובה מונחים מערביים כגון "פאודליזם" ו"פטריוטיזם". שנית, הייתה ציפייה כי הממסד האריסטוקרטי הישן יאבד מכוחו וסמכותו ובכך לא יוכל עוד להווה איום ולהטיל מכשולים בדרכו של ממסד המלוכה. בנוסף על כך, הייתה גם ציפייה כי הרפורמות יבואו לסיפוקם של בני מעמד הביניים המשכיל שגדל בה בעת. מעמד הביניים המשכיל התרחש בקצב גובר, וכלל 17,000 סטודנטים חדשים באוניברסיטאות מדי שנה, 15,000 סטונדטים שלמדו מחוץ לאיראן מדי שנה ועוד 40,000 שמדי שנה טיילו, עבדו או ביקרו מחוץ לאיראן. הייתה להם השפעה משמעותית על הכלכלה, כשדרה המשכילה המתפתחת, והם ראו בשאה רודן שעמד בדרכם לחירויות פוליטיות.