Сменив пост военного министра на должность командующего военным округом, Антонеску критиковал проводившуюся новым правительством внешнюю политику Румынии, заключавшуюся в балансировании между англофранцузским и германо-итальянским блоками, и требовал ориентации только на Германию. Поводом для переворота послужило принятие правительством Кароля II условий Первого венского арбитража, по которому от Румынии в пользу Венгрии отторгалась территория Северной Трансильвании. Первыми, кого гитлеровцы проинформировали о готовящемся отторжении (части Трансильвании, открывающейся в связи с этим возможности устранить Кароля II) были Антонеску и глава железногвардейцев Хориа Сима. Сима еще в июле 1940 года вышел из состава правительства, а Антонеску тогда же послал Каролю II резкое письмо, в котором обвинял его по существу в неспособности управлять страной, за что был понижен в чине, подвергнут аресту и сослан в Быстрицкий монастырь. Тем самым и генерал, и Сима обеспечили себе «непричастность» к решению трансильванского вопроса в пользу хортистов и возможность выступить в нужный момент в роли «спасителей» страны.
Уже 30–31 августа, когда Коронный совет, созванный Каролем, обсуждал вопрос об уступке Венгрии северной части Трансильвании, в стране начались массовые демонстрации протеста. Попытка «Железной гвардии» захватить власть провалилась. Тогда гитлеровцы включили механизм, с помощью которого власть в Румынии все же перешла в руки «Железной гвардии», но уже на основе ее союза с Антонеску и его приверженцами в военных и политических кругах страны.
5 сентября король назначил Антонеску главой правительства с диктаторскими полномочиями. На следующий день Кароль II, по требованию Антонеску, подписал акт об отречении от престола в пользу своего сына Михая и затем покинул Румынию, чтобы никогда уже в нее не вернуться.
Антонеску сформировал свое правительство. В его состав вошли генералы — сторонники Антонеску, представители национал-царанисты и национал-либералы, железногвардейцы. Последние заняли ведущие посты в кабинете министров иностранных, внутренних дел, префекта полиции. Сима стал заместителем премьер-министра.
Монархия была сохранена больше из тактических соображений. Новый король, 19-летний Михай, сразу после коронации поздравил Антонеску с приходом к власти и пожелал «полного успеха» ему, а также «Железной гвардии» в «перестройке страны». Антонеску объявил Румынию «национал-легионерским» государством, а себя, по гитлеровскому образцу, — «кондукэторулом», т. е. румынским фюрером. Отменив Конституцию 1938 года и таким образом ликвидировав последние остатки парламентаризма, он присвоил себе право управлять страной путем издания собственных декретов, имеющих силу закона и подлежащих беспрекословному исполнению. Новоиспеченный румынский диктатор направил в Берлин послание, в котором благодарил Гитлера за поддержку и уверял в своей верности. Антонеску понимал шаткость установленной им диктатуры. В докладе, представленном Гитлеру адмиралом Канарисом, побывавшим в те дни в Румынии, подчеркивалось, что режим Антонеску может устоять лишь при поддержке Германии. Поэтому румынский диктатор просил Гитлера ввести на территорию Румынии германские механизированные и авиационные соединения.
20 сентября германское верховное командование издало директиву о вводе войск на румынскую территорию с целью «оказания помощи Румынии, нашему другу, в организации и обучении ее вооруженных сил». В октябре гитлеровские войска расположились в стране. Их численность быстро возрастала и к декабрю превысила 500 000 человек.
Спустя два месяца после своего прихода к власти Антонеску предпринял поездку в Берлин и Рим, чтобы обсудить вопросы сотрудничества Румынии с державами «оси», определить ее место в «новом порядке Европы» и заручиться поддержкой румынских захватнических планов.
В Риме Антонеску сказал Муссолини, что «понимает невозможность возвращения Северной Трансильвании сейчас и будет ждать окончания войны». В Берлине «кондукэторулу» был оказан исключительно благожелательный прием. Гитлер пообещал все, чего пожелал румынский диктатор, в том числе и присоединения в будущем Бессарабии и других советских земель к Румынии, дав понять, таким образом, что война с СССР — дело решенное. Уже на следующий день, 23 ноября 1940 года, Антонеску подписал протокол о присоединении Румынии к Тройственному пакту. Режим Антонеску внутри страны сразу же приобрел террористический характер. Уже в сентябре 1940 года в Румынии было создано 35 концентрационных лагерей и тюрем. В отличие от королевской диктатуры военно-фашистский режим не счел нужным сохранять даже видимость парламентаризма. Он отменил действие конституции, ликвидировав все гражданские права. Многие промышленные предприятия были милитаризированы, от рабочих и служащих там требовали военной дисциплины, а нарушителей предавали суду военного трибунала.