Under sommaren och hösten 1989 var ledaren Zjivkov hårt pressad av händelserna i övriga Östeuropa och visade sig oförmögen att hantera de växande krav på reformer och förändring som kom både inifrån partiet och från folket. I maj 1989 beslutade han att utvisa alla Bulgariens etniska turkar, något som väckte kraftiga fördömanden från omvärlden och som Mladenov kraftigt motsatte sig. Han blev allt mer övertygad om att Zjivkov måste avsättas om några större reformer skulle bli möjliga att genomföra och började tillsammans med ett flertal andra högt uppsatta inom partiledningen planera en statskupp. Den 10 november, dagen efter Berlinmurens fall, satte kuppmakarna sin plan i verket. Zjivkov tvingades avgå som generalsekreterare för kommunistpartiet efter att politbyrån röstat bort honom i ett extrainsatt möte, samtidigt valdes Mladenov som hans ersättare. Den 17 november tvingades Zjivkov att även avgå från som ordförande i statsrådet varpå Mladenov även ersatte honom på denna post.