湖北新军原为张之洞所练的“江南自强军”，中下层军官不少曾官费派日留学，因而遍布革命党人。当中以共进会及文学社两个革命团体渗透最广。保路运动酿成民变后，端方奉命率湖北新军入四川镇压。此时，武汉新军大部被调入川，武汉的防务非常空虚，革命党人以为这是发动起义的好机会。
1911年9月24日，文学社与共进会在武昌召开由双方负责人和新军代表60馀人参加的联席会议，会上组建了起义的领导机构——起义总指挥部。文学社负责人蒋翊武被推举为总指挥，共进会负责人孙武被推举为顾问长。共进会负责人刘公被推举为政治筹办处总理。起义总指挥部设于武昌小朝街85号文学社机关，正值筹办处设于汉口俄租界宝善里14号。起义机关定为1911年10月6日(旧历八月十五日，中秋节)，后因准备不足，起义日期推迟到10月16日。
10月9日共进会人孙武在汉口俄租界宝善里14号秘密制造炸弹时发生事故，孙武被炸伤。俄国巡捕前来搜查，受伤的孙武和其他人脱逃，但起义的文件，旌旗等被搜走，并在相邻的刘公住所内带走了刘公的弟弟刘同。湖广总督瑞澄闻得此事后下令全城戒严，搜捕革命党人。文学社负责人蒋翊武闻讯后，决定当夜发动起义，并派人给各营送信。当日晚彭楚藩、刘复基在起义总指挥部被捕、杨宏胜在运送弹药的路上被捕，10月10日晨三人被斩首。
新军工程营后队正目(相称于班长)熊秉坤等人决定提早起义，并拉来队官(相称于连长)吴兆麟作为起义军临时总指挥，熊秉坤为顾问长。1911年10月10日(农历8月19日)晚间八时(此时事发已无可考证，只能确定是日暮以后半夜以前事发)，程定国(旧说是熊秉坤较为正确)发出武昌起义的第一枪，起义士兵首先举事攻占楚望台军械库，继而深受文学社共进会等革命团体影响的大部分新军共同相应。吴兆麟、熊秉坤率起义部队攻打湖广总督府，在南湖炮队的炮击下，起义军在次日黎明前，占领总督衙门，湖广总督瑞澄逃走。
10月11日黎明，起义军聚集在湖北谘议局大楼会议厅，新军八镇十五协二十九标二营司务长蔡济民召聚会议，商讨组建军政府和推举都督人选。除革命党人吴醒汉、徐达明等十馀人外，还约请谘议局议长汤化龙、副议长张囯溶以及议员，另有旧军官吴兆麟参加。会议请汤化龙主持。吴兆麟提议由第21混成协统领黎元洪担任都督，立宪派一致拥戴，部分革命党人也由于黄兴、宋教仁不在武昌，彭楚藩、刘复基、杨宏胜被害，孙武被炸伤，蒋翊武被迫逃跑，没有更好的人选表示同意，因此会议通过了以黎元洪为都督，汤化龙为民政总长(一说为总参议)。
11日上午，武昌全部光复。晚上成立谋略处。在谋略处的主持下，宣布成立中华民国军政府鄂军都督府(即中华民国湖北军政府)，公布军政府檄文和《安民布告》，宣布改国号为中华民国，废除清朝宣统年号，改用黄帝纪元，宣统三年改为黄帝纪元4609年。军政府建立顾问部、军务部、政事部、外交部。以谘议局大楼为办公地，以十八星旗为军旗。谋略处以军政府名义发布《布告全国电》，《通告各省文》等文告通电全国。
10月12日，革命党人第二十一混成协第四十二标士兵胡玉珍、邱文彬、赵承武等在汉阳发动起义，光复汉阳；随后赵承武率起义军攻占汉口。至此，武汉三镇全部掌握在革命军手中。
革命党与立宪派的汇合。
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