De slog till i gryningen i huvudstaden Libreville. Kuppmakarna grep president Ali Bongo och delar av hans familj och allra närmaste politiska allierade.
Kort därefter gick högt uppsatta militärer ut i tv och sade sig ha tagit makten.
– Landet går i dag igenom en allvarlig institutionell, politisk, ekonomisk och social kris, sade den officer som förde ordet i tv-sändningen.
Ali Bongo har enligt kuppmakarna placerats i husarrest.
Brice Oligui Nguema, den man som på kvällen utsågs till president under en övergångsperiod, säger till den franska tidningen Le Monde att Bongo "har pensionerats".
– Han har sina rättigheter. Han är som vilken gabones som helst, säger Brice Oligui Nguema.
Bongo: Höj era röster
Ali Bongo själv säger han att han inte vet vad som sker eller var hans familj befinner sig. I en video publicerad på sociala medier uppmanar han omvärlden att agera.
– Det här meddelandet går till alla vänner vi har över hela världen för att be dem höja sina röster mot dem som har gripit mig och min familj, säger han i klippet.
Regeringen, parlamentet och konstitutionsdomstolen har upplösts och helgens ifrågasatta presidentval har ogiltigförklarats, meddelar militärerna, som säger sig företräda en "övergångskommitté". I gruppen som syns i tv ingår soldater, poliser och medlemmar av de republikanska säkerhetsstyrkorna.
Hur lång tid denna "övergångskommitté" och dess ledare Brice Oligui Nguema ska sitta vid makten framgår inte av de bulletiner de skickat ut. Inte heller exakt vad de ska ersättas av.
Däremot är det åtminstone för nu över för familjen Bongos långvariga styre, meddelar man.
– Gabons folk, nu är vi äntligen på väg mot fred och lycka. Må Gud och våra förfäders andar välsigna Gabon, avslutade officeren kuppmakarnas morgonkommuniké.
Läget oklart
På bilder från Libreville ser kuppmakarna ut att ha stöd av folket. Under morgonen ljöd skottlossning i huvudstaden och soldater som står på kuppmakarnas sida rullade senare genom staden och mötte jublande grupper av människor.
Brice Oligui Nguema har setts på tv-bilder där han bärs fram av folkmassorna, där människor skanderar "Oligui president".
Den nu tillsatte ledaren har tidigare varit chef för nationalgardet och var högste ansvarige för Ali Bongos säkerhet. Han har enligt Al Jazeera även haft ansvar för att genomföra säkerhetsreformer avsedda att hålla Bongo vid makten.
Utegångsförbud
Exakt hur stor kontroll kuppledarna har över landet är ännu oklart. De har enligt ett uttalande i nationell tv på onsdagskvällen meddelat att utegångsförbud tills vidare råder under dygnets mörka timmar.
Kuppen kom efter helgens val, där presidenten uppgavs ha tagit en övertygande seger med drygt 64 procent av rösterna för Bongo. Inga oberoende observatörer fanns på plats under valprocessen.
Den politiska oppositionen krävde i måndags att Bongo skulle erkänna sig besegrad och lämna över makten, då man anförde att valet var en enda stor bluff och att dess kandidat Albert Ondo Ossa i själva verket hade vunnit.
Bongo-familjen har styrt Gabon på auktoritärt vis i drygt 50 års tid. Ali Bongo tog över efter sin pappa Omar när han avled 2009.