Всего на Собор было избрано 564 человека, среди которых было 72 архиерея, 192 клирика (среди них – 2 протопресвитера, 17 архимандритов, 2 игумена, 3 иеромонаха, 72 протоиерея, 65 приходских священников, 2 протодиакона и 8 диаконов) и 299 мирян.

18 августа 1917 г. состоялись выборы председателя Собора. Большинство голосов (407 – «за», 30 – «против») было отдано святителю Тихону (Беллавину), за пять дней до того, вместе с экзархом Грузии Платоном (Рождественским) и архиепископом Петроградским Вениамином (Казанским), возведенному Святейшим Синодом в сан митрополита. Митрополит Владимир (Богоявленский) остался почетным председателем. Заместителями (товарищами) председателя стали шесть человек: два архиерея – архиепископы Арсений (Стадницкий) и Антоний (Храповицкий), два клирика – протопресвитеры Николай Любимов и Георгий Шавельский и два мирянина – князь Е.Н. Трубецкой и М.В. Родзянко, в дальнейшем замененный на А.Д. Самарина.

В дальнейшем Собор приступил к организации специальных отделов, в том числе: уставного; высшего церковного управления; епархиального управления; церковного суда; благоустройства прихода; правового положения Церкви в государстве; богослужения, проповедничества и церковного искусства; церковной дисциплины; внешней и внутренней миссии и других. Всего было создано 22 отдела и 3 совещания при соборном Совете: религиозно-просветительное, хозяйственно-распорядительное и юридическое. Самым большим (по числу записавшихся участников) оказался отдел по реформе высшего церковного управления, что, конечно же, нельзя назвать случайностью. Вопрос о возглавлении Церкви, не разрешенный Предсоборным Советом (в смысле необходимости восстановления патриаршества), оставался центральным.

28 октября 1917 г., когда в Петрограде Временное правительство было низложено, а его председатель бежал, член Поместного Собора протоиерей П.И. Лахостский от имени 60 членов Собора предложил приступить к голосованию по вопросу о восстановлению патриаршества. Предложение было поддержано. А 4 ноября 1917 г. Собор принял определение по общим положениям о высшем управлении Православной Российской Церковью. Высшей властью (законодательной, административной, судебной и контролирующей), согласно определению, обладает Поместный Собор, созываемый периодически, в определенные сроки в составе епископов, клириков и мирян. Вторым пунктом заявлялось о восстановлении патриаршества и возглавлении церковного управления Патриархом, являющимся «первым между равными ему епископами». Патриарх подотчетен Собору, равно как и органы церковного управления.

Ранее, 30 октября, Собор выслушал доклад о способах избрания патриарха. В качестве примера взяли правила, существовавшие в Константинопольской Церкви и первоначально проголосовали за кандидатов в патриархи, которых мог избрать весь Собор (из епископов, священников и мирян). В результате из 25 кандидатов, предложенных членами Собора, больше всего голосов (101) получил архиепископ Антоний (Храповицкий). Новое голосование прошло 31 октября (после того как была разъяснена невозможность избрания в патриархи А.Д. Самарина как мирянина). Тогда члены Собора (в голосовании участвовало 309 соборян) в своих записках указывали уже не одно имя кандидата, а три. В результате, большинство (159 голосов) вновь получил архиепископ Антоний (Храповицкий), признанный первым кандидатом в Патриархи. В результате повторного голосования кандидатом избрали также архиепископа Арсения (Стадницкого), получившего 199 голосов. А в третьем туре голосования кандидатом избрали митрополита Тихона (Беллавина), получившего 162 голоса. Таким образом, кандидатами в патриархи Собор избрал архиепископов Антония и Арсения и митрополита Тихона.

Если бы епископы воспользовались своим правом избирать кандидата в Патриархи, то, несомненно, первоиерархом стал бы архиепископ Антоний. Но архиереи отказались от этого права, постановив избрать Патриарха посредством жребия. Постановление огласили 2 ноября, отложив процедуру до прекращения уличных боев, шедших в то время в Москве. Избрание состоялось три дня спустя в храме Христа Спасителя. Захватившие к тому времени Кремль, большевики все же дали разрешение принести в храм Христа Спасителя икону Владимирской Божией Матери. По словам современника, храм, вмещавший 12 000 человек, был переполнен.

«Вход был свободный, – вспоминал участник работ Поместного Собора бывший член Государственной Думы князь И.С. Васильчиков. – Литургию совершал митрополит Владимир в сослужении многих архиереев. Пел, и пел замечательно, полный хор синодальных певчих. В конце литургии митрополит вынес из алтаря и поставил на небольшой столик перед иконой Владимирской Божией Матери, слева от царских врат, небольшой ковчег с именами выбранных на церковном Соборе кандидатов в патриархи. Затем он встал, окруженный архиереями, в царских вратах, лицом к народу. Впереди лицом к алтарю стоял протодиакон Успенского собора Розов. Тогда из алтаря вышел старец о. Алексий в черной монашеской мантии, подошел к иконе Богоматери и начал молиться, кладя земные поклоны. В храме стояла полная тишина, и в то же время чувствовалось, как нарастало общее нервное напряжение. Молился старец долго. Затем встал с колен, вынул из ковчега записку и передал ее митрополиту. Тот прочел и передал протодиакону. И вот протодиакон своим знаменитым на всю Москву, могучим и в то же время бархатным басом медленно начал провозглашать многолетие. Напряжение в храме достигло высшей точки. Кого назовет? “…Патриарху Московскому и всея Руси Тихону!” – раздалось на весь храм, и хор грянул многолетие!»

Вынувший жребий иеромонах Смоленской Зосимовой пустыни, располагавшейся недалеко от Троице-Сергиевой Лавры, Алексий (Соловьев; 1846–1928) состоял членом Поместного Собора от монашествующих. Но не это было причиной его участия в избрании Патриарха. Отец Алексий в течение многих лет почитался старцем, являлся духовным руководителем многих православных – от мирян до архиереев. Собственно, и в работах Собора он участвовал только из послушания, так как был затворником.

Интронизацию избранного Патриарха Собор назначил на 21 ноября, когда Церковь отмечает праздник Введения во храм Пресвятой Богородицы. Этот день постановили ознаменовать колокольным звоном – и в Москве, и во всех храмах России (по получении известия – в первый воскресный или праздничный день). Со времени возведения на кафедру поминовения Святейшего Патриарха должны были заменить поминовения Святейшего Синода.

В назначенный день – 21 ноября 1917 г. – в Московском Успенском соборе и было совершено намеченное наречение митрополита Московского и Коломенского Тихона в патриарха Московского и всея России. Историческое событие произошло – Православная Церковь получила своего канонического главу, голоса которого не слышала целых 217 лет. С этого времени не только фактически, но и формально закрылась последняя страница в истории Синодальной эпохи. Без преувеличения можно сказать, что избрание Патриарха было главным делом Поместного Собора, высшей точкой, которой он духовно достиг.