1911年4月27日黃興在廣州領導了第十次起義，原定從香港招聘的800名敢死隊，僅到位130人，由於力量對比懸殊，結果清廷屠殺革命者86人，即著名的黃花崗起義72烈士。起義雖然失敗，卻極大激起中國人民對革命者的敬佩同情與支持。
1911年5月8日，清政府當局似將川漢鐵路和廣漢鐵路收歸國有，引發民間自發的保路運動；成都示威者遇清軍槍殺，引發四川全面暴動。
1911年10月9日上午10點由於革命者研製炸彈事故暴炸，導致30餘人被捕，大量檔被查抄，於是革命者被迫提前起義，10月10日夜革命者開始行動，經小戰輕取武昌，次日漢楊，漢口皆落入革命者手中。
因為要推舉一個較著名的人物擔任領袖，結果第21混合旅上校黎元洪被推舉為起義首領，但他並非革命者也未參加暴動，剛開始他猶豫不決，但當漢口、漢楊相續落入革命者手中後，他也積極行動並以中華共和國名義通電各省號召全國起義。旋即全國各省紛紛響應：18日宜昌，22日長沙，23日九江、西安相繼宣佈共和；武昌起義消息傳到上海時，上海革命者陳其美立即電告蔣介石讓他立即啟程回上海參加革命，1911年10月30日蔣介石與張群經向日本軍方請假不准後義無反顧乘船回到上海參加革命。日本戰爭部認為蔣和張嚴重違軍紀應視為自動除名。陳其美計畫同時在上海和杭州舉行武裝起義，故派蔣介石前往杭州指揮，蔣立即啟程前往杭州。
杭州清軍已有警覺並已作防範，蔣仍決定發動起義，並認為應先組織一支敢死隊，故返上海向陳其美彙報，同時聘請敢死隊，上海有100多勇士報名參加；1911年11月3日蔣介石帶著敢死隊返杭州。當時陳其美在上海先動手，11月4日下午2點蔣在杭州亦動手，革命者迅速拿下市政府，逮捕市長，新軍則攻佔杭州市彈藥庫，到次日淩晨杭州市落入革命者手中。唯清軍守軍堅持抵抗至6日才投降。蔣介石雖然對杭州革命有功，他卻回到上海在陳其美手下訓練革命軍，但僅幹了幾個月後他推薦張群繼任，他自已又返回日本繼續學業。
清廷派海軍統領薩鎮冰和戰爭部長易昌於10月12日率兵進攻漢口但無濟於事，只好救助於1909年解職的袁世凱，袁此時則討價還價，10月14日先是藉口腿疾婉拒，後於10月20日提出6項前提條件，10月27日清廷被迫滿足袁世凱提出的前提條件，任命其為海陸軍總司令全權指揮清軍。袁派馮國章於10月31日奪回漢口，袁隨即令馮與革命方和談，黎無洪拒絕和談。11月27日馮國章又奪取漢楊兵工廠。但此時全國18個省已有15個省宣佈獨立共和。
11月15日，淅江，江蘇，福建，山東，湖南，上海代表在上海開會，確認武昌為中央政府，黎元洪為中央政府首腦。12月2日草擬中國臨時政府草案。代表們一致同意袁世凱是新政權最合適的臨時總統。
1911年10月11日夜武昌起義暴發時，孫中山正在美國科羅拉多丹佛市布朗宮旅館，當時他正在破譯一份黃興十天前發給他的密電，告知他武昌正在準備起義，要他儘快匯錢過去。而當時孫中山身上沒有錢，且太疲倦故先上床睡到次日11點才起床。從當地報紙得知武昌起義暴發，本想立即回國，但經思考認為革命成功取決於西方列強的承認與支持，於是決定先遊說對中國有決定性影響的英國和法國，他成功地說服英國外長愛德華（Edward Grrey）對清政府的貸款禁止放行；在法國孫中山會見了政要喬治（Georges Clemenceau）和法國外長史蒂芬（Stephen Pichou），12月21日抵香港，隨即乘船抵上海後立即轉赴南京，並於1912年1月1日當選臨時總統。而原來與袁世凱約定的和平協議擬選袁世凱任臨時總統的約定則被擱置一邊並被遺忘。 1月3日黎元洪當選副總統。
袁世凱初時發誓忠於大清，但他主要想自已當權，故建議清庭退位組建共和；王府非常憤怒，指責他為叛徒，袁則反唇相譏：打戰要錢，而清政府國庫已空，各西方列強又凍結了貸款；故1月3日恭親王隆裕號召所有王公貴族和高級官員捐獻錢財給政府用作戰爭費用；1月26日段其瑞部在漢口前線的41名將官，受段煽動，威脅要武力逼迫清庭退位。2月12日隆裕以皇帝名義簽署退位赦令，結束了清朝268年的王朝統Zhi。在同一份赦令中，皇帝授權袁世凱組建共和政府，並與革命者談判中國的統一。南京臨時政府同意予皇帝保留自稱滿州皇帝，在中國領土上享有外國主權特權，義和園永遠歸皇家所有，同時政府每年予之四百萬元津貼。[3]兩天后，孫中山辭去臨時總統職位，並提名袁世凱繼任。孫中山派蔡元培，汪精衛，胡漢民等8位 知名人士專程前往北京接袁世肯南下任職，袁世凱表面上似乎同意南下，當臨出發前，北京守軍北洋軍第三師發生兵變，士兵在京城大搶劫，袁於是藉口拒絕南下， 不過，人們懷疑兵變也是袁世凱為拒絕南下玩的政治花招，但南京政府還是接受了他的解釋。袁世凱的所有憲政與孫中山和革命者所采行的共和憲政內容大相徑庭， 不可避免導致二次革命。
袁世凱立即任命唐紹儀任總理，唐認為政府應當對同盟會負責而非對總統負責，同 時認為行政權應當由國會而非總統行使，因而與袁世凱發生衝突。當袁世凱任命直隸都督時，唐紹儀憤而辭職，袁派秘書長挽留他唐堅拒不就。
1912年3月在南京召開同盟會全國代表大會，5000人雲集，孫中山當選總理，黃興，黎元洪當選副總理。1912年8月，同盟會與其他四個党合併成為國民黨。孫中山任總理，黃興，宋教仁任副總理。章炳粼則組建統一黨後改名為共和黨。
盧征祥繼任總理，但僅幹了一個月即離任，袁世凱又指定趙炳春繼任總理。1912年8月孫中山接受袁世凱邀請訪北京並接受最高榮譽，黃興已辭去南京革命軍總司令職，黎元洪在武漢的革命軍是剩下的唯一有實力的革命軍隊，但他現在公開支持袁世凱。
孫中山在北京一個月內與袁世凱會談13次。孫中山建議黃興取代盧征祥任總理，但黃興卻堅拒。孫中山然後推薦宋教仁任總理，袁世凱表面同意，但實際上反對宋教仁，因為宋教仁精於憲政，贊同內閣制而反對總統制，宋非常瞭解袁世凱，知道袁世凱虛情假意故也拒絕；於是袁世凱提議仍由趙炳春任總理
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