正始十年(249年)二月五日，曹芳與曹爽三兄弟往高平陵拜祭魏明帝。司馬懿奉郭太后之令在洛陽發動高平陵政變，入永寧宮向素來與曹爽不睦的郭太后上奏，稱曹爽兄弟敗亂國典、擅權營私，遂奉太后上奏天子請求意旨罷廢曹爽，與蔣濟等占據洛水浮橋，關閉洛陽城門。
接著任命司徒高柔假節代理大將軍事，接管曹爽的職權;王觀行中領軍事，接管曹羲的禁軍。曹爽接到彈劾表后，一時驚慌失措，不敢告知曹芳。
于是將天子車駕留在伊水之南，砍伐樹木建成鹿角，征發屯兵數千人以自守。與此同時大司農桓范與大將軍司馬魯芝逃出洛陽，跑到高平陵會合曹爽。
桓范力勸曹爽帶皇帝到許昌，以皇帝之名號召全國兵馬反擊司馬懿。見曹爽沒有主見，于是又勸曹羲可以利用闕南別營和典農校尉的軍隊暫作抵抗，然后占據許都，且表示自己可以用大司農的印章為他們的軍隊調運糧草。
但曹爽兄弟始終猶豫未決。
司馬懿怕曹爽拼死一搏，于是先后派侍中許允、尚書陳泰以及曹爽所親信的殿中校尉尹大目等人誘勸曹爽放棄權力，并以洛水為誓允諾其只交出兵權，便可保留爵位。
蔣濟也寫信給曹爽，稱司馬懿只想剝奪他們兄弟的兵權，不會傷害他們，可以保他們富貴。
曹爽想了一夜，認定司馬懿不過是欲令他與他的兄弟們放棄兵權，于是決定放棄抵抗，而請皇帝罷免自己，并向司馬懿認罪投降。
當曹爽解下印綬時，主簿楊綜勸道：“您挾持天子手握大權，難道要放棄這些權位而跑到東市去被砍頭嗎？”
但曹爽不聽從，桓范也大哭道：“曹子丹大英雄，卻生下你們這群如豬如牛的兄弟！沒想到今日受你們的連累要滅族了！”
曹爽兄弟被免職后，以侯爵的身份回到府第，司馬懿在曹爽府第四角起高樓，命人日夜監視。
曹爽兄弟內心不安心，欲要試探司馬懿的心意，于是聲稱食物不足，向司馬懿要求食物。
之后司馬懿送來食物，曹爽兄弟十分高興，自以為司馬懿不會趕盡殺絕。
但不久后，與曹爽兄弟交情甚密的黃門張當在司馬懿的嚴刑拷問之下，只得供稱曹爽和何晏等人意圖謀反，于是曹爽兄弟與其親信黨羽都被捕，二月九日一起被屠滅三族。
在這一過程中，十七歲的曹芳猶如一位看客，坐觀司馬懿與曹爽爭斗，幾乎沒有采取一絲奪權措施。
高平陵之變后，司馬氏掌握了曹魏大權，曹芳之前是曹爽的傀儡，現在變成了是司馬氏的傀儡。
兩年后，司馬懿去世，他也想要效仿周文王，于是沒有奪取曹魏的政權而是讓其子司馬師把持朝政。
嘉平六年(254年)二月，中書令李豐和張皇后的父親光祿大夫張緝等人圖謀廢掉司馬師，改立夏侯玄為大將軍，事情敗露，被司馬師滅族。