วันที่ 18 ตุลาคม พ.ศ. 2499 พระบาทสมเด็จพระบรมชนกาธิเบศร มหาภูมิพลอดุลยเดชมหาราช บรมนาถบพิตร ได้โปรดเกล้าฯ ให้ราษฎรเฝ้าทูลละอองธุลีพระบาทหน้าพระที่นั่งสุทไธสวรรยปราสาท และมีพระราชดำรัสแก่ประชาชนว่า “ข้าพเจ้ามีความยินดีที่ท่านทั้งปวงมาร่วมประชุมกัน ณ ที่นี้ ขอถือโอกาสแจ้งดำริที่จะบรรพชาอุปสมบทให้บรรดาอาณาประชาราษฎรทราบทั่วกัน” ซึ่งนับเป็นพระราชดำรัสสำคัญที่ทรงประกาศพระราชประสงค์ต่อพสกนิกรทั้งแผ่นดิน

ต่อมาในวันที่ 22 ตุลาคม ปีเดียวกัน พระองค์เสด็จฯ ไปยังวัดพระศรีรัตนศาสดาราม ทรงประกอบพิธีทรงผนวช โดยสมเด็จพระราชชนนีทรงจรดพระกรรไกรเปลื้องพระเกศาเป็นปฐมฤกษ์ ก่อนเสด็จเข้าพิธีอุปสมบทโดยมี สมเด็จพระวชิรญาณวงศ์ สมเด็จพระสังฆราช เป็นพระอุปัชฌาย์ และพระศาสนโศภน (จวน อุฏฺฐายี) เป็นพระกรรมวาจาจารย์ พระองค์ทรงได้รับฉายาทางธรรมว่า “ภูมิพโล” และเสด็จฯ ไปประทับที่วัดบวรนิเวศวิหาร เพื่อทรงศึกษาพระธรรมอย่างเรียบง่าย

ระหว่างทรงดำรงสมณเพศ พระภิกษุภูมิพโลทรงปฏิบัติพระราชกิจเช่นเดียวกับพระภิกษุทั่วไป ทรงทำวัตรเช้า–เย็น ฟังพระธรรมเทศนา และทรงเจริญพระวินัยด้วยความเคร่งครัด จนถึงวันที่ 5 พฤศจิกายน พ.ศ. 2499 พระองค์จึงทรงลาผนวช ณ วัดบวรนิเวศวิหาร รวมเวลาทรงผนวชทั้งสิ้น 15 วัน ซึ่งเป็นช่วงเวลาสำคัญที่สะท้อนพระราชจริยวัตรอันงดงามและสมถะ