武昌起义原本因为四川保路运动而引起，因为四川局势在辛亥年的九月间一直无好转的迹象，于是清廷调派湖北新军入川，这却又为准备已久的起义拉响了导火索。
湖北有两个革命团体，一个是共进会，一个是文学社。共进会是同盟会分化而来的外围组织，由长江中游数省的同盟会员如湖北的孙武、湖南的焦达峰、江西的邓文翚等人组成。共进会自称是同盟会的“行动队”，他们主要联络会党与新军，准备在长江中游伺机起事。
当时湖北新军中也有一个类似的革命团体，这便是文学社。文学社和文学关系不大，它其实是革命党在新军士兵中发展出来的一个组织，原名群治学社，后来改为振武学社，由于活动被发现，最后改名为文学社，以掩人耳目。文学社以蒋翊武、刘复基等人为骨干力量，他们在湖北新军中发展了上千人，比共进会还要多一倍。在起义前，这两个组织所能影响到的力量已经占到了湖北新军的近三分之一，革命条件非常有利。
四川保路运动爆发后，共进会和文学社决定进行合作，共举大事。正当他们周密部署的时候，清廷命湖北新军入川的消息传来，共进会和文学社开会后决定提前举行起义，时间就定在10月6日（也就是农历中秋节）那天。会上，文学社的蒋翊武被推为军事总指挥，共进会的孙武则被推为军务部长。
会议过后，“八月十五杀鞑子”的消息在当地不胫而走，当地一份小报甚至公然宣称革命党要在中秋起事（倒不是消息泄露，而是当时谣言遍天飞，小道消息虽然不准，但也能偶尔得中）。消息传开后，湖广总督瑞澂十分惊恐，他深知革命党势力早已深入新军内部，于是他以调防为名，将他认为有问题的新军分调各处，以拆散革命党在部队中的组织关系。
在中秋前的几天，瑞澂更是紧张不安，他特意召集文官知县以上、武官队长以上参加防务会议，要求军队提前过中秋节，节日期间则实行戒严，士兵不得外出，子弹一律入库。
八月十五中秋节的晚上，武昌城内桂花飘香，皎月悬空，此时非但没有想象中的喧嚣和暴动，反而显得格外的宁静与安详。原来，湖南革命党人焦达峰在9月28日发来电报，声称准备不足，请求延缓十日起义；另外，由于军队调防，起义指挥系统等需要临时调整，于是孙武等人便决定将起义日期推迟十日，即在10月16日发动起义。
在过完了一个紧张的中秋节后，湖广总督瑞澂悬起的一颗心刚刚放下，但几天后汉口租界的一声爆炸，立刻又掀起了波澜。
10月9日下午，孙武、刘公等人在租界宝善里安装炸弹、筹划准备工作时，刘公的弟弟刘同进来，由于大家彼此熟识，孙武等人也并未在意。在其他人工作的时候，刘同漫不经心的在一旁抽烟，不慎将纸烟火屑弹入火药中，结果引发了剧烈爆炸。
爆炸发生后，屋内顿时烈火熊熊、浓烟滚滚，孙武脸部当场被烧成重伤，后被同伴送往医院救治。正忙乱间，俄租界巡捕闻讯赶来，将尚未撤离的刘同等人抓获，并查抄了室内为起义准备的旗帜、文告和革命党人花名册等重要文件。随后，俄租界巡警便将刘同等人和查获物品一同移交给湖北当局。
革命党要造反，这在当时可是个大案子。紧接着，瑞澂一声令下，武汉全城戒严，军警四出，按照花名册大肆搜捕革命党人。在这危急时刻，被调防岳州的蒋翊武匆匆赶回了武昌，他立刻召集刘复基、彭楚藩等人在武昌小朝街85号紧急开会，商议对策。在会上，大家一致同意立即举行起义。当天下午，蒋翊武便签发起义命令，令各起义部队当晚十二点以南湖炮队鸣炮为号，城内外同时举义。
但不幸的是，由于城内戒备森严，起义命令并没有及时的送到南湖炮队。午夜十二点到了，大家仰望星空，但期待已久的那一声炮声始终没有打响。在大家焦急等待的时候，军警们已经搜查到小朝街85号，蒋翊武侥幸逃脱，而刘复基、彭楚藩、杨宏胜等十来个人被堵了个严严实实。在抓到这些重要党人后，瑞澂下令连夜突审，随后，刘复基、彭楚藩、杨宏胜三人在凌晨便被害于督署东辕门。
10月10日上午，军警们依旧在大街小巷四处搜查，革命党人的据点相继被抄，随后又有三十多名革命党人陆续被捕。这时的湖广总督瑞澂自以为大案告破，局势已定，他得意地电告朝廷请功，说“传革命党有扑攻督署之谣，瑞澂不为所动，一意镇定处之。张彪、铁忠等各员，无不忠诚奋发，俾得弭患于初萌，定乱于俄顷。”
可惜的是，瑞澂高兴得太早了。就在当晚，城内突然一声枪响，原本宁静的夜晚顿时被划破——枪声来自于城内紫阳桥南的工程第八营。在得知刘复基等领导人遇害、革命党人相继被抓后，第八营的起义召集人熊秉坤心急如焚，最后决定不再等待那南湖的炮声，而是约集同营的革命士兵当晚立即起事，不再拖延。
就这样，在革命党领导人缺位和指挥系统完全被破坏的情况下，那些革命士兵站了出来，他们主动承担了发动起义的责任。就在当晚七点过后，工程营中的排长陶启胜查棚时发现士兵金兆龙臂缠白巾，手持步枪，似有枕戈待旦之势。陶排长一向责任心很强，他立刻怀疑金兆龙图谋不轨，意图造反，上前要缴他的枪，于是两人扭打了起来。
在两人揪斗间，金兆龙大呼：“同志动手！”同棚的士兵程定国闻声赶来相助，并用枪击伤陶排长的腰部。这便是武昌起义的第一枪，也是辛亥革命的第一枪。这一枪，宣告大清王朝的即将落幕……从偶然性的角度来说，陶排长可能万万没有想到，这两百六十多年的大清王朝居然被他这个小排长的贸然行动给葬送了。
陶排长被击伤后负痛逃走且不说了。枪声一响，起义召集人熊秉坤以最快的速度赶到，他当机立断，宣布立刻发动起义。在熊秉坤的召集下，革命士兵迅速行动。营中的督队官阮荣发、右队官黄坤荣和排长张文澜等人见势不妙，慌忙出营阻拦，士兵们嚷嚷道：“各位长官，跟我们一块革命罢，同去同去！”
可怜阮、黄等人还没有摸清当时的形势……这都什么时候了，居然还敢大声喝阻，结果话还没有说完，枪弹已钻入了他们的胸膛。随后，革命士兵们冲出营外，凡阻挡的一律请他吃枪子。
由于弹药缺乏，熊秉坤随即率领士兵们奔往楚望台军械所。到了那边后，还有数十个旗兵拦阻，不料军械所里也有革命士兵，他们听到动静后里应外合，一阵排枪便将旗兵们打得无影无踪。于是士兵们打开军械所，迅速分发武器弹药。
当时赶到楚望台的革命士兵大约有400多人，由于熊秉坤军阶太低（相当于副班长），难以服众也不懂指挥，于是他顺应了士兵们的要求，公推队官（相当于连长）吴兆麟来充当临时总指挥。吴兆麟原本是日知会会员（早期的一个革命团体，后被破坏），他做事干练，有一定的指挥能力。吴兆麟受命后，一边命令加强楚望台一带的警戒，一边派人与城内外其他革命部队联系，以便统一行动。
夜渐深沉，形势正向着革命党人的一边发展。几乎在陶排长被枪击的同时，武昌城外的塘角也突然燃起了熊熊大火。原来，和熊秉坤等人一样，驻守在城外塘角的混成协辎重营士兵也相约当晚发动起义，在晚上七点后，革命士兵李鹏升等人用洋油灯点燃了堆积的马草，宣布起义。
熊熊的大火，清脆的枪声，驻守武昌的新军各兵营立刻沸腾了，革命士兵们纷纷冲出营房，他们本能地向枪械所、炮台、制高点冲去。当时的19标（相当于团）、30标离最早发难的工程营最近，革命士兵们听到枪声后便在代表蔡济民、彭纪麟率领下，直奔楚望台。临近的测绘学堂学员听到枪声后，也迅速整队奔赴楚望台；加上驻扎左旗营房的第31标和第41标的部分士兵，楚望台已经成为当时革命的制高点。
在城外塘角的大火燃起之后，辎重营、工程队和炮队11营的士兵纷纷响应，他们一边迅速进城攻占了凤凰山高地，另外还派了一些士兵循着枪声前往楚望台接应。同时，城南的南湖炮队第8标宣布起义，他们在工程营的接应下顺利进城，并迅速占领楚望台和蛇山等处高地，布置炮阵。南湖炮队举义以后，附近的第32标和马队第8标也响应革命，他们纷纷汇集到楚望台、蛇山、凤凰山等地，展开军事行动。
新军士兵的起义可不同于孙中山和黄兴那些人组织的会党及学生起事，他们都是久经军事训练的专业人士，一旦动作起来，那可就是非同小可了。当时参加起义的革命军已经近四千人，而尚未起义的清军兵力也不过五千人。更重要的是，革命军集中兵力，而能与之对抗的只有守卫督署及其附近的第8镇司令部约两千清兵。因此，无论是人数上还是士气上，革命军都占据优势。
当晚十一点后，革命军在蛇山炮兵的有力支援下，向总督署连续发起了三次猛烈的进攻，最终在凌晨两点攻占了第八镇司令部。湖广总督瑞澂见势不妙，慌忙带领卫队逃往江上的“楚豫”舰，而鄂军提督、第八镇统制张彪见大势已去，只得率领残兵败将撤往汉口刘家庙。
当清晨的第一缕眼光洒落在昔日威武的督署辕门时，这里已经成为了革命士兵的占领地。在这天上午，那位自诩“不动声色”的总督大人和“忠诚奋发”的统制大人早已逃之夭夭，而剩下的那些布政使、提法使，还有武昌知府等大小官员，都面无表情的逃离了他们职守的衙门，并无一人反抗或者殉节。
10月11日上午十一点，在雄踞武昌城的蛇山之巅，飘起了一面红底十八星的大旗，它宣告了一个旧官府的死亡，也同时昭示了一个新政权的成立。
由于当时起义的领导人大都遇害或者下落不明，参加革命的士兵又缺乏威望，由谁来出面组织新政府便成了最紧迫的问题。革命士兵们首先找来的是湖北咨议局的议员们，并准备公推议长汤化龙作为军政府都督。在局势不定的情况下，汤化龙虽然表示赞成革命，但又以“非军人”、“不知用兵”的借口加以推脱。大家想来想去，便想到了一个人。
这便是湖北新军中地位仅次于统制（师长）张彪的协统（旅长）黎元洪。黎元洪原本是海军出身，他早年毕业于天津的北洋水师学堂，1894年曾随同“广甲”舰参加了中日黄海大战，舰毁后黎元洪凫水获救。战争结束后，北洋海军的军官一律被斥革，后来黎元洪投奔了张之洞，并得到重用。在武昌起义爆发之时，黎元洪正担任陆军第二十一混成协（相当于一个加强旅）统领。黎元洪本是旧派军官，在编练新军中多次镇压革命活动，并曾亲手杀害革命士兵。武昌起义爆发后，他自知情况不妙，当时正躲在幕友刘文吉家中避难。
正当黎元洪惊魂未定的时候，门口突然传来一阵喧哗——革命士兵找上门来了。据说，黎元洪在情急之下躲进了床底，但最终还是被拽了出来。在吴兆麟等人的簇拥下，黎元洪无可奈何的来到咨议局。当他得知革命士兵要他当军政府都督的时候，他惊慌得连声道：“莫害我！莫害我！”
由于黎元洪死活不肯在安民告示上签字，革命士兵一怒之下，有个人便自己拿笔代黎元洪签上了他的大名。于是乎，“黎都督”之名在武昌城不胫而走。
12日，汉口和汉阳先后光复，武汉三镇全部落入革命军之手。在革命形势一片大好的情况下，黎元洪的态度突然来了个一百八十度大转弯，他慷慨激昂地表示：“自此以后，我便是军政府之一人，愿与诸君共生死。”而咨议局的汤化龙等人也异常活跃，他们和黎元洪频频商议，对军政府的组合问题进行了精心设计。
17日，在“祭天大典”后，黎元洪宣布了湖北军政府的组成名单。令人啼笑皆非的是，除了孙武出任军务部长外，其他六部均为黎元洪的部属和汤化龙的亲信，首义的革命士兵们反而靠边站了。