同盟会在华南领导的起义连连受挫，引起一部分会员不满，他们组织了同盟会中部总会，意在开展长江中下游的革命运动。湖北革命团体文学社、共进会从新军入手，积聚了雄厚的革命力量。 1911年，清政府实行“铁路国有政策”，实际上是借“国有”的名义把铁路利权出卖给帝国主义。这一举动与各省人民以及地方绅商、立宪派的经济利益发生了尖锐的冲突。四川人民兴起了保路运动。1911年6月，在成都成立了保路同志会，参加人数十万人；
9月，斗争发展到全省抗粮抗捐，数万群众向督抚游行请愿，四川总督赵尔丰向手无寸铁的群众开枪，当场打死30多人，造成骇人听闻的“成都血案”。于是，四川人民迅速兴起了全川的武装暴动。清廷命令端方自湖北带兵前往镇压，湖北方面便响起了武昌起义的枪声。 湖北革命党人原定农历八月十五(10月6日)举行起义，由于准备不及而延期。10月9日，孙武在汉口俄租界制造炸弹失慎爆炸事故，武昌起义的秘密机关遭到破坏，湖广总督实行全城戒严，形势顿时紧张起来。革命党人决定立即发动起义。
10月10日晚，新军工程第八营的革命党人打响了起义的第一枪，他们打死镇压起义的反革命军官，几十人冲往楚望台军械库夺取弹药。军械库守军中的革命士兵闻风响应，一举占领了楚望台。接着，步、炮各营和军事学堂学生约五营兵力，纷纷起义，齐集楚望台，临时推举原日知会会员、队长吴兆麟担任指挥，向总督衙门发动攻击。革命士兵们奋不顾身，血战通宵，占领了总督衙门、藩库等重要机关，湖广总督仓皇逃往停泊于长江的兵舰上。起义军一夜之间占领了武昌城，取得了首义的胜利。
11日晚和12日晨，驻汉阳、汉口的新军先后起义，武昌三镇完全为革命党人所控制。 武昌起义成功后，成立了军政府，由于武昌起义胜利来得太快，孙中山远在国外，黄兴和同盟会的其他领导人分别在香港、上海等地，一时赶不到武汉。而直接组织起义的领导人有的不在武汉；有的受伤；有的牺牲。起义者没有认识到掌握政权的重要，错误地认为应让社会上有名望、地位的人出来组织政府，推新军第21混成协统领黎元洪为鄂军都督，并发表宣言，改国号为中华民国，号召各省起义。
