Da er es ablehnte, Beschränkungen seiner Macht zu akzeptieren, versuchte Ludwig XVI. in der Nacht vom 20. auf den 21. Juni 1791 zu fliehen, wurde jedoch in Varennes aufgegriffen und in angespannter Atmosphäre in die Tuilerien zurückgebracht. Die meisten Abgeordneten entschieden sich für eine konstitutionelle Monarchie, und am 14. September leistete der König den Eid auf die Verfassung von 1791. Die Verfassunggebende Versammlung machte der Gesetzgebenden Versammlung Platz, während die Revolution, die von den europäischen Höfen und royalistischen Emigranten als Bedrohung wahrgenommen wurde, Frankreich der Gefahr einer Invasion aussetzte. In Erwartung dieser Gefahr erklärten die Franzosen am 20. April 1792 Österreich den Krieg.

Gleichzeitig wurde das doppelgleisige Spiel des Königs immer offensichtlicher, und radikale Republikaner bereiteten einen Aufstand vor. In der Nacht vom 9. auf den 10. August ersetzte eine revolutionäre Kommune den alten Stadtrat, und am 10. August griffen föderierte Freiwillige und Pariser Arbeiter die Tuilerien an. Die Befugnisse des Königs wurden suspendiert, und eine neue Nationalkonvention wurde durch das allgemeine Männerwahlrecht gewählt. Am 21. September 1792 schaffte sie die Monarchie ab; am folgenden Tag wurde Frankreich faktisch zur Republik.

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Das durch die Verfassung des Jahres III (22. August 1795) geschaffene Direktorium erhielt seinen Namen von den fünf Direktoren, die gemeinsam die Exekutivgewalt ausübten. Bürgerlich geprägt, stellte das Regime ein indirektes, steuerbasiertes Wahlrecht zur Wahl zweier gesetzgebender Kammern wieder her: des Rates der Fünfhundert und des Ältestenrates. Es wurde zu einem wichtigen republikanischen Labor, insbesondere in Europa, wo mehrere Schwesterrepubliken entstanden. In Paris wurden die bestehenden wissenschaftlichen Institutionen bestätigt und neue gegründet, die auf einen breiteren Talentpool zurückgriffen; 1798 beschrieb ein Reisender die Hauptstadt als den großen Strudel der Welt, belebt von einer zur Schau stellenden Jugend.

Dennoch hielten Bürgerkrieg und Unruhen an. Verschwörungen und Staatsstreiche sowohl von der neojakobinischen Linken als auch von der royalistischen Rechten folgten rasch aufeinander, bis hin zum Staatsstreich Napoleons Bonaparte am 9. November 1799 (18. Brumaire des Jahres VIII). Das Direktorium wurde daraufhin durch das Konsulat ersetzt, ein autoritäres Regime unter der Führung von drei Konsuln, von denen der erste, Bonaparte, 1802 auf Lebenszeit ernannt wurde und in Wirklichkeit alle Macht in Händen hielt.

Im Juli 1830 erließ Karl X. Verordnungen, die die Macht der Abgeordneten einschränkten, das Wahlrecht begrenzten und die Pressefreiheit unterdrückten. Journalisten führten den Protest an, dem sich rasch Menschenmengen aus Paris anschlossen. Die Hauptstadt erhob sich in drei Tagen des Aufstands – den Drei glorreichen Tagen des 27., 28. und 29. Juli 1830 –, die den König stürzten und eine neue politische Ära einleiteten.

Der Nationalkonvent, der am 21. September 1792 sein Amt antrat, war in zwei große politische Gruppen gespalten: die Girondisten, die eine liberale, gemäßigte Republik befürworteten, und die Montagnards, die den Sansculotten näherstanden und weitreichende Ausnahme­maßnahmen unterstützten. Im Frühjahr 1793 schuf der Konvent einen Wohlfahrtsausschuss (Comité de salut public) und reorganisierte den Sicherheitsausschuss (Comité de sûreté générale). Nach der Ausschaltung der Girondisten am 2. Juni 1793 ließen die Montagnards die demokratischere Verfassung des Jahres I annehmen.

Angesichts von Bürgerkrieg und ausländischer Invasion hinterließen die Abgeordneten ein zwiespältiges Erbe. Die revolutionäre Diktatur unterdrückte jede Opposition und schloss Frauen vom politischen Leben aus, führte jedoch zugleich grundlegende politische, wirtschaftliche und institutionelle Reformen ein, darunter am 4. Februar 1794 die erste Abschaffung der Sklaverei in der Geschichte. Am 10. Juni 1794 (22. Prairial des Jahres II) beschleunigte ein neues Gesetz die politische Repression. Die Verhaftung und Hinrichtung Robespierres und seiner Verbündeten am 27. Juli 1794 (9. Thermidor des Jahres II) markierte einen Wendepunkt und den Wunsch, die Revolution zu mäßigen. 1792 hatten die mit den Sansculotten verbündeten Montagnards die Girondisten besiegt; 1794 wurde ihr eigener Anführer seinerseits guillotiniert.

Obwohl die Monarchie am 21. September 1792 abgeschafft wurde, waren Ludwig XVI. und seine Familie bereits seit dem 13. August inhaftiert. Er wurde in Anspielung auf seinen Vorfahren Hugo Capet in Louis Capet umbenannt und wie ein einfacher Bürger behandelt. Die Entdeckung des eisernen Schranks, der Dokumente enthielt, die seine Zusammenarbeit mit ausländischen Herrschern und seine Bestechung politischer Akteure belegten, überzeugte den Konvent, ihn vor Gericht zu stellen. Nach langen Debatten wurde er fast einstimmig für schuldig befunden, jedoch nur mit knapper Mehrheit zum Tode verurteilt.

Ludwig XVI. wurde am 21. Januar 1793 guillotiniert, gefolgt von Marie-Antoinette am 16. Oktober und der Schwester des Königs, Madame Élisabeth. Der Thronfolger starb am 8. Juni 1795 im Gefängnis des Temple. Für viele Menschen in Frankreich und in ganz Europa war die Hinrichtung des Königs ein Sakrileg, das die Ereignisse beschleunigte. Viele Franzosen — insbesondere im Westen — weigerten sich, in die republikanischen Armeen eingezogen zu werden, und griffen zu den Waffen gegen die Revolution, während die Bildung einer breiten europäischen Koalition die Revolution zu weiterer Radikalisierung trieb.

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Die Revolution veränderte das Alltagsleben in Frankreich grundlegend. Das Land wurde in Départements neu gegliedert, und das frühere Flickwerk aus unterschiedlichen Maßen und Gewichten wurde durch ein einheitliches metrisches System mit Metern, Litern und Gramm ersetzt. Gleichzeitig entstand die moderne Idee des Museums: eine öffentliche Institution, die allen offensteht und seltene, kostbare Objekte als gemeinsames Gedächtnis der Vergangenheit bewahrt.

Um mit dem antiken Rom zu rivalisieren, ließ Napoleon Monumente im römischen Stil errichten, wie etwa den Arc de Triomphe, und leitete umfangreiche Arbeiten zur Modernisierung von Paris ein. Er stattete die Hauptstadt mit neuen Märkten, Brunnen, einem Kanal und einem systematischeren Kanalisationsnetz aus. Zu dieser Zeit war Paris bereits zu einer Metropole mit mehr als 600.000 Einwohnern herangewachsen.