۲۵ مرداد ۱۳۳۲ محمدرضا پهلوی سه روز پس از امضای حکم برکناری محمد مصدق به اتفاق همسرش کشور را ترک کرد. آنها نخست به بغداد رفتند و از آنجا عازم ایتالیا شدند. طی روزهای ۲۵ تا ۲۷ مرداد، سراسر ایران عرصه اعتراض به کودتا بود. با این حال عملیات موسوم به «آژاکس» طوری طراحی شده بود که همه چیز با موفقیت به نفع کودتاچیان تمام شود. براساس برخی گزارش‌ها، نیروی هوایی که از پرواز هواپیمای شاه اطلاع یافته بود، از مصدق که همزمان نخست‌وزیر و وزیر دفاع بود خواست اجازه بازگرداندن هواپیمای شاه یا سرنگون کردن آن را صادر کند. مصدق اما با سرنگون کردن هواپیما و مرگ شاه مخالفت کرده و بازگرداندن هواپیمای شاه بدون تیراندازی را نیز ناممکن دانسته بود. براساس قانون مشروطه، پیش از خروج شاه از کشور باید «شورای سلطنت» تشکیل می‌شد. شاه که بدون اطلاع قبلی و بی‌آنکه شورای سلطنت تشکیل شود از کشور فرار کرده بود مورد طعن و تمسخر قرار گرفت.

دکتر حسین فاطمی وزیر خارجه دولت مصدق، خروج شاه بدون اطلاع قبلی را فرار دانست و این عمل شاه را استعفای او قلمداد کرد. او همچنین به نمایندگی‌های ایران در خارج از کشور دستور اکید داد که شاه هیچ سمتی ندارد و یک فراری است.پس از علنی شدن خبر فرار شاه از کشور، مردم به خیابان‌ها ریختند، مجسمه‌های او و پدرش رضاشاه را پایین کشیدند و علیه سلطنت شعار دادند. گروهی نیز در نقاط مختلف تهران و همچنین میدان بهارستان تظاهرات کردند و خواستار «نظام جمهوری» و پایان سلطنت شدند. اما این گونه تظاهرات نتیجه‌بخش نبود. شاه سرانجام در آخرین ساعات ۳۰ مرداد ۱۳۳۲ به کشور بازگشت. روزی که می‌توان آن را روز بازداشت هواداران مصدق و مدیران او در سراسر کشور دانست.

بیش از ۲۰۰ نفر به زندان رفتند و تصفیه ادارات آغاز شد و روزنامه‌های منتقد توقیف شدند. شاه پس از بازگشت به ایران با کرمیت روزولت دیدار کرد. روزولت رئیس سازمان اطلاعات مرکزی آمریکا در خاورمیانه و یکی از مجریان اصلی طرح براندازی حکومت مصدق بود. براساس برخی اسناد «سیا» محمدرضا شاه در این ملاقات از کرمیت روزولت سپاسگزاری کرده بود که او را به قدرت بازگردانده است. دونالد ویلبر، مامور اسبق سیا در خاورمیانه در کتابی که سال ۱۹۸۶ منتشر کرده، پیروزی کودتای ۲۸ مرداد را «شانسی» دانسته است؛ چراکه پس از بازداشت سرهنگ نصیری فرستاده شاه به دست ماموران حفاظت از مصدق و همچنین بازداشت چند افسر دیگر در ۲۵ مرداد، روزولت از ادامه کودتا مایوس شد و تصمیم به خروج فوری از ایران گرفت، اما با اصرار سرویس جاسوسی بریتانیا و برخی عوامل ایرانی، در ایران ماند و برنامه کودتا را تا دستیابی به موفقیت کامل ادامه داد.