1911年5月9日，清政府实行铁路国有政策，宣布收回由民间出资建造的粤汉铁路、川汉铁路。这一举措引起湘、鄂、川、粤四省各阶层的强烈不满，掀起了四省保路运动，尤以四川最为强烈。1911年6月17日，四川民间各团体成立“四川保路同志会”，推举四川谘议局议长蒲殿俊为会长，副议长罗纶为副会长，张贴文告，四处讲演，甚至上京请愿。1911年8月5日，在成都召开川汉铁路股东特别大会，1911年8月24日，群众开展罢市，1911年9月1日，在川汉铁路公司股东会议的号召下，开展抗粮抗捐活动。1911年9月7日，四川总督赵尔丰诱捕保路同志会领袖，封闭铁路公司和同志会。这一举措激起了大量群众到四川总督衙门请愿，赵尔丰下令清兵弹压，打死30馀名请愿群众，酿成成都血案。1911年9月8日，成都附近农民在同盟会和会党组织哥老会的领导下组成保路同志军起义，围攻省城，与清兵交战，附近州县群众纷纷响应，几天内队伍发展到20多万。荣县独立，荣县成为全中国第一个脱离清王朝的政权。清朝政府得知激起民变，成都被围后，非常惊恐，忙将四川总督赵尔丰免职，并调渝汉铁路督办端方署理四川总督，率一部分湖北新军入川。
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，革命党人认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参谋长。共进会负责人刘公被推举为政治筹备处总理。起义总指挥部设于武昌小朝街85号文学社机关，正值筹备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。
1911年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，旗帜等被搜走，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，1911年10月10日晨三人被斩首。新军工程营后队正目(相当于班长)熊秉坤等人决定提早起义，并拉来队官(相当于连长)吴兆麟作为起义军临时总指挥，熊秉坤为参谋长。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午夜以前事发)，程定国(旧说是熊秉坤较为正确)发出武昌起义的第一枪，起义士兵首先发难攻占楚望台军械库，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响应。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。
1911年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集会议，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，还邀请谘议局议长汤化龙、副议长张囯溶以及议员，还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，部分革命党人也因为黄兴、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)。
1911年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。军政府建立参谋部、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。1911年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。
广东是辛亥革命的策源地。1911年10月10日辛亥革命武昌起义爆发，不到一个月，全国许多省份宣布脱离清廷独立，不到一个月便有湖南、陕西、山西、云南、江西、上海、贵州、浙江、江苏、广西、安徽宣布脱离清廷独立，而广东却在一个月后11月9日，广东才与福建同日宣布独立，落在许多省份之后。
当武昌起义的消息传到广东时，清朝最后一任两广总督张鸣岐，他即下令集中兵力加强广州防务，严禁报纸登载有关革命的新闻，一方面极力联络士绅、拉拢商人，甚至宣布停征一些各界居民最痛恨的捐税。但是，人心倾向共和，完全不变地维持清朝的统治已不可能，张鸣岐乃联络一班绅士，企图以“滑头自保”的办法应变。在张鸣岐的授意下，1911年10月25日由在籍翰林、广府清乡总办江孔殷等人出面在广州的西关文澜书院举行各界会议，主持人是曾任贵州巡抚的80老翁邓华熙。士绅在会上提出“利用官府改良独立”的办法，会议通过不向“乱事”省份拨饷械、成立监督官吏改良政治总机关、派人赴香港与革命党人接洽等三条议案。这些决议反映了广东官绅并不想脱离清廷，他们企图以“滑头”的骑墙态度敷衍群众和革命党人，实际上是为了抵制革命。
11月9日，各界代表在谘议局集会，大会正式作出决定：“欢迎革命党组织共和政府及临时机关”、“宣布共和独立，电告各省及各国”。会议确认了前一天对张鸣岐、龙济光的选举，但张已经在前一晚出走，龙也不敢接任副都督。参加大会的同盟会员乘机提出选举胡汉民任都督，马上得到大会的赞同。11月10日，胡汉民从香港返抵广州，就任广东都督，组成了以同盟会员为骨干的广东军政府。广东都督胡汉民，副都督陈炯明、参都督黄士龙，并根据胡汉民的提议，选出军政府各部部长、副部长，正式组成广东军政府。
胡汉民出任都督后，即命财政部正、副部长李煜堂、廖仲恺着手解决财政困难；命胡毅生、李文范成立全省军务处，管理旧军队，将最不稳定的龙济光所部“济军”调往钦廉剿匪，解除军政府的心腹大患；又命朱执信、胡毅生、何克夫、黄世仲等对各路民军进行整顿和编练。胡汉民还领导军政府粉碎了原清新军标统黄士龙篡夺军权的阴谋，回击了英国军舰对军政府的挑衅行为，建立了临时省议会。
待广东局面稍为安定，胡汉民又以姚雨平为总司令、马锦春为副司令，黄慕松为参谋长、邹鲁为兵站总监，组织了一支八千余人的广东北伐军，北上与清军作战，该军后来在宿州、固镇、徐州战役中大破清军张勋部，为捍卫南京立下了赫赫战功。
1911年12月21日，孙中山从欧洲返国途经香港，胡汉民与廖仲恺同往香港迎接。胡汉民拟留孙中山在广东，但孙中山则以建立中央政府为当务之急，说服了胡汉民。胡汉民当即决定随孙中山北上，将广东都督一职交由陈炯明代理。
武昌起义爆发后，陈炯明和邓铿（字仲元，广东梅县人）被同盟会南方支部派往东江组织民军起义。他们组织了一支民军到“循军”（取惠州为古循州之义），陈炯明任总司令，邓铿为参谋长，于11月1日在惠州附近起义，联合王和顺组织的“惠军”及清巡防营洪兆麟部，于11月9日光复惠州。陈炯明因有此功，故被推为广东副都督。
胡汉民随孙中山北上后，出任南京临时政府总统府秘书长，陈炯明代理都督一职，独揽了广东的军政大权。他做的第一件事，就是排斥异己，残杀同志，镇压民军。他以“裁减”民军以解决财政困难为由，用武力镇压和强行解散了王和顺、黄明堂、关仁甫等各路民军（只有李福林等部保留下来）；先后杀害了对革命有功的同志和民军首领黄世仲、许雪秋、陈芸生、陈涌波、石锦泉、温阿拱等人。为辛亥革命建立了卓越功勋的广东北伐军，在“南北议各”达成协议后，本拟调回广东，但陈炯明不予接收，致使该军被迫解散。而对“反正”的清将清军，陈炯明委任潮梅绥靖督办；龙济光则被委任副绥靖经略，还让他把“济军”带到广西梧州。
