Un groupe de députés proches de Sieyès passe à l'action en se servant du général Bonaparte, de retour d'Égypte. Convaincu lui aussi par la nécessité de changer de régime et fasciné par Bonaparte, Cambacérès est au centre du complot. Pour autant, fidèle à sa réserve naturelle et par crainte d'être compromis en cas d'échec, il évite de trop s'afficher publiquement avec les conjurés. Le coup d'État du 18 Brumaire est un succès et aboutit au renversement du régime. Un Consulat provisoire est mis en place, comprenant Bonaparte, Sieyès et Roger Ducos. Cambacérès conserve son poste au ministère de la Justice. Au cours de ces journées décisives, sa complicité avec Bonaparte se resserre. Ce dernier ne se satisfait pas des dispositions du Consulat provisoire : il veut le pouvoir pour lui seul et rejette le projet de Constitution élaboré par Sieyès. Il fait écrire un autre texte à sa convenance, qui est adopté le . Le gouvernement est confié à trois consuls installés pour dix ans et rééligibles par le Sénat. En réalité, le pouvoir appartient au Premier consul, Napoléon Bonaparte, qui nomme les ministres responsables devant lui et jouit de l'initiative des lois. Les deux autres consuls n'ont qu'une voix consultative.