Regimul instituit de Alexandru Ioan Cuza după 2 mai 1864 a provocat nemulțumirea liberalilor radicali, care s-au aliat cu conservatorii, iar poziția domnitorului a devenit fragilă. Complotiștii au reușit să-și realizeze planurile atrăgând de partea lor o grupare a armatei din care făceau parte colonelul C. Haralambie și maiorul Dimitrie Lecca și l-au constrâns pe domnitor să abdice în noaptea de 10 spre 11 februarie 1866.
În seara respectivă, Cuza a cinat împreună cu soția sa, Elena, dar spre miezul nopții la palat a apărut amanta, frumoasa Maria Obrenovici, însoțită de un anume Sachelaridis, un cartofor înrăit care l-a provocat pe Cuza la un joc de whist până noaptea târziu.
Elena Maria Catargiu Obrenovici, născută în 1835 la Iași, era fiica unui boier antiunionist și trecuse deja prin două mariaje. Frumoasa tânără fusese căsătorită prima dată cu un general sârb, cu care a avut un fiu, Rudi, apoi cu prințul Milos Obrenovici, cu care a avut un alt băiat, care avea să devină regele Milan al Serbiei. Divorțată pentru a doua oară, Maria l-a cunoscut pe Cuza pe 12 martie 1862, iar domnitorul s-a îndrăgostit nebunește de tânăra de 27 de ani, i-a oferit rochii elegante și bijuterii scumpe și i-a cumpărat o casă pe Strada Biserica Amzei.
În noaptea de 10 spre 11 februarie, după ora 2, Maria Obrenovici și Cuza s-au retras în dormitorul de la Palatul Domnesc, iar în zori în camera lor a intrat un grup de militari. Unul dintre ei i-ar fi pus revolverul la tâmplă si l-a trezit astfel din somn pe domnitor. Acesta avea pistoalele pe noptieră, dar nu a mai ajuns la ele. Un alt militar și-ar fi scos mantaua și a acoperit-o pe amantă, apoi a evacuat-o din palat.
Pe actul semnat de Cuza în acea dimineață scria: „Noi, Alexandru Ioan I, conform dorinței națiunii întregi și angajamentului ce am luat la suirea pe Tron, depun astăzi, 11 februarie 1866, cârma guvernului în mâna unei Locotenențe Domnești și a Ministrului ales de popor“.
“După iscălirea actului de abdicare, Domnitorul se îmbrăcă repede şi ieşi din Palat. La scară aştepta o trăsură pe capra căreia se afla D. Const Ciocârlan. Vodă Cuza se urcă în trăsură cu căpitanul Costiescu şi, în momentul plecării, auzind o împuşcătură de pistol, întrebă pe temnicerul său:
— Ce însemnează acest foc?
— E un semnal, Măria Ta!
În adevăr, maiorul Leca, care aștepta în mijlocul pieței Palatului, văzând pe Domnitorul plecat, dădu un foc care însemna că membrii guvernului provizoriu pot veni să ia în posesiune Palatul Domnesc.
Cuza Vodă fu condus la domiciliul D-lui Const. Ciocârlan, în Piaţa Sf. Gheorghe, şi Nicolae Golescu, Lascăr Catargiu şi Nicolae Haralambie fură proclamaţi Locotenenţi Domneşti de către armata care umplea piaţa şi împrejurimile Palatului.
Zic de armată, căci de popor nici nu poate fi vorba. Cu noaptea în cap Bucureştii se pomeniră cu o răsturnare la care atât țara, cât şi Capitala nu luaseră absolut nici o parte.
De aceea Colonelul Haralambie, întâlnind pe C. A. Rosetti în Piaţa Teatrului, îi striga cu amărăciune:
— Unde îţi e poporul? (…)
În aceeaşi zi, pe la şase ore seara, Vodă Cuza a fost dus la Cotroceni, unde i se pregătiseră două odăi. Locotenenţii Domneşti se temeau a lăsa pe fostul Domnitor în Capitală, cu toate că ei pretindeau că poporul l-a detronat şi că prin voinţa poporului erau în capul țării”, scria ziarul Adevărul din februarie 1891 rememorând evenimentul.
Două zile mai târziu, domnitorul, soția și cei doi fii (Alexandru și Dimitrie) pe care îi avea cu Maria Obrenovici, dar care fuseseră înfiați de Elena Doamna, au părăsit Bucureștiul plecând spre Brașov.
La București a fost instituită o Locotenență Domnească alcătuită din Lascăr Catargiu, Nicolae Golescu și colonelul Nicolae Haralambie, din partea armatei. Conducerea guvernului i-a revenit lui Ion Ghica, iar pe 11 februarie 1866, Locotenența Domnească l-a proclamat domnitor al Principatelor Române în locul lui Alexandru Ioan Cuza pe Filip de Flandra, din casa domnitoare belgiană. Prințul Filip, care era înrudit cu Casa de Bourbon, a refuzat însă propunerea pe care o primise, trimițând răspunsul său prin consulul general al Belgiei în Principate, Jacques Poumaydar.
A urmat, între 14 și 20 aprilie 1866, plebiscitul prin care a fost aprobată alegerea lui Carol ca domn al României, dar misiunea provizorie a Locotenenței Domnești a luat sfârșit abia după ce Carol de Hohenzollern-Sigmaringen a acceptat să devină principe, pe 10 mai 1866.
Domnitorul Alexandru Ioan Cuza și-a petrecut-o restul vieții în exil, locuind la Paris, Viena și Wiesbaden. A încercat să revină în țară ca persoana privată, dar nu a reușit, deși domnitorul Carol I a transmis cererile sale Consiliului de Miniștri, dar acesta din urmă a refuzat să-i acorde orice tip de permisiune.
Cuza a murit pe 15 mai 1873 la Heidelberg, a fost adus în Moldova și a fost înmormântat inițial la Biserica Domnească de lângă Palatul de la Ruginoasa, conform dorinței sale, la eveniment participând 30.000 țărani, iar după cel de-al Doilea Război Mondial osemintele sale au fost mutate la Biserica Trei Ierarhi din Iași.
Nici Maria Obrenovici nu a mai rămas mult timp la București după abdicarea domnitorului. Conform relatărilor medicului Carol Davila, fosta amantă a lui Cuza se afla în Germania în 1873, ca doamna de onoare a împărătesei Augusta, soția Kaiserului Wilhem I. “Principesa Obrenovici, scria Davila, a avut amabilitatea să mă recunoască de departe și a străbătut mulțimea ca să-mi strângă mâna. Era splendidă…”
În iulie 1876, ajunsă la vârsta de 41 de ani, Maria Obrenovici a aflat că este bolnavă de cancer și s-a sinucis la Dresda. A fost initial înmormântată la biserica Sf. Spiridon din Iași, iar în 1908 a fost deshumată și mutată în cavoul familiei din Cimitirul „Eternitatea” din Iași.