In 1954 besloot de CIA steun te verlenen aan een militaire coup (Operatie PBSUCCESS). Een legertje Guatemalteekse ex-militairen geleid door Carlos Castillo Armas viel vanuit Honduras het land binnen. Aanvankelijk slaagde hun campagne nauwelijks, waarop Arbenz besloot hen verder het land in te lokken om hen zo in te sluiten. Dit bleek echter een misvatting: officieren uit het hele land sloten zich bij de rebellen aan. Op 27 juni zag Arbenz zich gedwongen af te treden en vestigde Castillo Armas zijn dictatuur. Na de coup volgde er een periode van burgeroorlogen en onderdrukking, waarbij 200.000 mensen het leven lieten. Arbenz ontvluchtte Guatemala. Eerst vluchtte hij naar Mexico en vervolgens naar Cuba, Frankrijk, Zwitserland, Tsjechoslowakije en Uruguay en uiteindelijk kwam hij weer in Mexico terecht. Hij overleed in 1971 in zijn badkamer door verdrinking of brandwonden; de precieze omstandigheden van zijn dood zijn onzeker. Mogelijk heeft hij zelfmoord gepleegd, maar er wordt ook geopperd dat hij vermoord is.