黃花崗起義失敗後，同盟會把革命活動的重心轉移至長江流域；四川保路運動高漲，迫使清政府抽調大部駐紮於武漢的新軍入四川。湖北革命團體文學社、共進會在同盟會中部總會的號召下，伺機發動起義。文學社領導人蔣翊武被推舉為湖北革命軍總指揮，共進會領導人孫武為參謀長，同時派人邀請黃興、宋教仁等到湖南主持大局，並與附近各省加強聯繫。起義時間經過多次更改，到後來卻因孫武在漢口製造炸藥失事，令計劃敗露。湖廣總督瑞澂下令搜捕革命黨人。蔣翊武得以避脫，而彭楚藩等三人則遇害。

由於形勢所迫，1911年10月10日晚，新軍工程第八營革命黨人熊秉坤等率先發難，各營奮起響應。11日晨，革命軍攻佔督署，瑞澂逃到江中的軍艦上，統制張標率領衞隊略作抵抗，便隨即敗走至漢口劉家廟。10月11日晚，革命軍佔領了漢口。清政府大為驚恐，下令瑞澂、張彪帶罪立功，又派陸軍大臣蔭昌率領兩鎮軍隊前赴湖南鎮壓，並命令海軍到江面協助。

奉袁世凱命令開赴武漢的北洋第一軍，在馮國璋率領下同革命軍血戰。革命軍苦戰後撤退。11月1日漢口失守，革命軍撤退至漢陽。在匆忙趕至武漢的黃興指揮下，軍隊決定固守漢陽，伺機反攻漢口。11月16日，革命軍突襲漢口，黃興親臨前線指揮，一度大敗馮國璋部隊，後來卻因左翼軍潰退，以致功敗垂成。革命軍在攻守戰中作出了重大貢獻，武昌起義的旗幟對促成全國響應起了巨大作用。至11月下旬，全國已有14省先後響應，宣佈獨立，形成了全國性的辛亥革命。

武昌起義勝利後，10月11日成立了中華民國湖北軍政府──辛亥革命運動中第一個建立起的地方新政權。軍政府立即着手制定法律，頒佈內政、外交方針的公告。宋教仁等參與起草的共和國第一部法律文獻──《中華民國鄂州約法》，把共和制度用法律形式確定下來。在南京臨時政府成立（1912年元旦）前，湖北軍政府一度代行中央政府的職權。湖北軍政府在武漢三鎮的攻守戰中表現堅決，積極支持革命軍的戰鬥。