1911年9月14日，文学社和共进会在同盟会的推动下，建立了统一的起义领导机关，联合反清。并决定请黄兴、宋教仁或谭人凤来鄂作起义指挥，主持大计。
1911年9月24日，两个革命团体召开联席会议，决定10月6日（这一曰是旧历的八月十五中秋节，取的是当年元朝末年明教“八月十五杀鞑子”的典故。）发动起义。各标营党人代表均参加，通过“人事草案“和“起义计划“，军事总指挥为蒋翊武，参谋长为孙武，总理为刘公。
由于清政府的破坏，起义未能如期于10月6号发动。10月8日下午，新军工程营革命党人熊秉坤接到设在武昌小朝街的军中指挥部联络员邓玉麟、杨洪胜传达的指示，约定于10月9日晚，以南湖炮队炮声为号即举义，并派兵出城迎接炮队入城。由于军政当局已破获起义指挥部，武昌城戒备森严，南湖炮队革命党人未及时接到军事指挥部发炮起义的命令，终未能打响辛亥首义第一炮。
但在10月9日，孙武等人在汉口俄租界配制炸弹时不慎引起爆炸。轰声震天，满屋硝烟弥漫。制作者孙武满面是伤，他被其他人从后门扶出，迅速送进了医院。他们前脚走人，俄国巡捕后脚便进了门。放在这里的起义所用的钱款、旗帜、名册以及诸多公文全部都被搜寻而去。同时被抓去的还有刘公之弟刘同。刘同只是一个十四五岁的少年，又是富家子弟，经不起严刑拷打也是必然。刘同将他所知道的一切全部招供。
湖广总督瑞澄下令关闭四城，四处搜捕革命党人。情急之下，革命党决定立即于10月9日晚12时发动起义。但武昌城内戒备森严，各标营革命党人无法取得联络，当晚的计划落空。
10月10日晨，军事指挥部彭(楚藩)、刘(复基)、杨(洪胜)三同志被害，革命党人莫不悲愤填膺。举义两次未果，总指挥部领导成员有的被捕，有的牺牲，有的不得不出走，形势十分紧迫。与其坐以待毙，不如举义求成。在总指挥部瘫痪、革命可能夭折情况下，分布在新军下层的革命党人继续联络发动。工程营熊秉坤与几位同志商定，借用膳机会分别通知各队代表，决定于10月10日晚7点，由第八镇工程八营首先鸣枪为号，一举起义。
起义时间既定，革命党人整装实弹以待。傍晚，第2排排长陶启胜带护兵2人查铺，发现第5棚正目金兆龙荷枪实弹，形迹可疑，便上前要夺金兆龙的枪，双方发生争吵。革命党人程定国急向陶头部猛击一枪托，陶见势不妙，慌忙逃下楼去。正在暗中巡回观察情况的熊秉坤见状，心知有变，便开枪击中了陶小腹，并随即向空中连放三枪，表示已经发难。按照原计划，革命党人和起义士兵首先抢占中和门附近的楚望台(新军军械仓库)，吴兆麟（此时为楚望台左队队官）被推举为临时总指挥。
缴获步枪数万支，炮数十门，子弹数十万发。此时，驻守武昌城外的辎重队、炮兵营、工程队的革命党人亦以举火为号，发动了起义，并向楚望台齐集。武昌城内的29标的蔡济民和30标的吴醒汉亦率领部分起义士兵冲出营门，赶往楚望台;尔后，武昌城内外各标营的革命党人也纷纷率众起义，并赶向楚望台。起义人数多达3000多人。
吴兆麟当即以总指挥名义发布了命令，他对起义部队重新作了部署后，着手攻打总督署。口号改为“兴汉”。
晚上10点30分，起义军分三路进攻总督署和旁边的第八镇司令部。并命已入城之炮8标则在中和门及蛇山占领发射阵地，向督署进行轰炸。
起初，起义军没有一个强有力的指挥，加上兵力不够，进攻受挫。晚12点后，起义军再次发起进攻，并突破敌人防线，在督署附近放火，以火光为标志，蛇山与中和门附近的炮兵向光处发炮轰击。湖广总督瑞澄打破督署后墙，从长江坐船逃走，第八镇统制张彪仍旧在司令部顽抗。起义军经过反复的进攻，终于在天亮前占领了督署和镇司令部。张彪退出武昌，整个武昌在起义军的掌控之中。
而在此时的深夜，正在保定军咨府军官学校学习的辛亥革命元老同盟会嘉应州主盟人何子渊六弟何贯中(同盟会员)，第一时间得知起义发生的情况，立即将同寝室的李济深等同学组织起来，潜出校外，将清军南下的唯一大动脉漕河铁桥炸毁。漕河铁桥被炸，清军南下镇压起义运动的行程被耽搁，这不仅极大地支援了湖北武昌起义军接下来的军事行动，其更大的意义在于，这为革命党人在全国范围内举事赢得了充裕的时间。
而第二天清晨。
武昌上空的黑烟逐渐散去，惊恐了一夜的人们开始从门缝里、窗台上向外张望，死尸、鲜血和沿街墙壁上的子弹印痕诉说着昨夜的激烈战斗，大街上躺满了尸体、嫣红的鲜血顺着石板不断扩散，苍蝇蚊虫萦绕不散。一些平时无人的角落里被扒光了衣服的男男女女尸体更是提醒世人，无论战争多么正义，受苦的依然是那些普通人。
一队队胳膊上扎着白毛巾的士兵开始清扫战场，尸体被掩埋、废墟被推平，每个人都在尽力忙碌着，可在这种忙碌下，一种古怪的气氛却在悄然蔓延着。
已经占领武昌的起义军却在为谁当选都督而犯难。革命党所有的重要人物斯时斯刻要么被杀，要么都不在汉，而局势又必须有人出面前来稳定。是的，或许说来可笑，但所有参与了起义，甚至是据说早已计划周详的共进会和文学社这些民党成员都发现，之前一切的一切都是在围绕起义运作，而当起义真的成功后，却没有一个人知道接下来该怎么办！
