Burkina Fasos övergångsregering har upplösts och president Michel Kafando har befriats från sina arbetsuppgifter, rapporterar nyhetsbyråer från huvudstaden Ouagadougou.
Kuppmakarna kan dock inte ange när något val kan hållas.
Gripandena av president Michel Kafando och premiärministern Yacouba Isaac Zida i presidentpalatset genomfördes i onsdags av vakter som uppges vara lojala med den avsatte ledaren Blaise Compaoré. Han hade styrt Burkina Faso i 27 år när han i fjol avsattes i ett folkligt uppror. Kafando och Zida satt på sina poster provisoriskt fram till det val som planerades om några veckor.
Armégeneralen Gilbert Diendéré, som utsetts till chef över kuppmakarna, var i tre decennier stabschef i Compaorés regering och även landets spionchef, enligt nyhetsbyrån AFP. Han förnekar dock ihärdigt några band mellan ex-presidenten och kuppmakarna.
Det är Diendéré som ska leda det som kallas det nationella demokratirådet. Han hävdar i olika intervjuer också att Kafando och Zida är vid god hälsa och ska släppas.
Soldater finns runt presidentpalatset och skott har avlossats för att skingra demonstranter som närmat sig palatset. Landet har stängt sina gränser mot grannländerna såväl som sitt luftrum. Nattetid ska utegångsförbud råda.
Olika uppgifter talar om att en-tre personer har dödats i oroligheterna och att ett 60-tal skadats.
Talmannen i parlamentet, Cheriff Sy, säger till den franska radiokanalen RFI att händelserna "tveklöst är en kupp", och uppmanade folket att omedelbart resa sig upp mot militären.
"Detta är ett flagrant brott mot Burkina Fasos författning och övergångsstyre", slår FN-chefen Ban Ki-Moon fast i ett uttalande, och ett enigt säkerhetsråd uppmanar "samtliga sidor i Burkina Faso att upphöra med våldsamheter".
Även USA och den forna kolonialmakten Frankrike fördömer i skarpa ordalag händelserna och kräver att de som har gripits släpps.
"Presidenten fördömer statskuppen som ägt rum i Burkina Faso", heter det i ett uttalande från Frankrikes ledare François Hollande.
Sveriges utrikesminister Margot Wallström (S) kallar på Twitter gripandena oacceptabla, och tillägger att "Burkina Fasos folk förtjänar fria och rättvisa val den 11 oktober".