孙中山先生领导的同盟会虽然发动多次革命起义未获成功，可是革命组织却像雨后春笋一样滋长于武汉。革命组织有的是属于同盟会的，如日知会；有的是和同盟会有联系，如其进会、群治学社、振武学社、文学社、共和会等。
日知会的重要分子有：刘家道、朱子龙、刘静庵、王汉、陈栋、李亚东、胡瑛、梁钟汉、李良轩、张难先等。负责联络湘鄂会党，把他们介绍到湖北的新军，是由湖瑛担任。胡瑛原名宗琬，是湖南桃源人，长沙经正学堂出身，早年是个敢作敢为的革命志士，曾和吴樾同谋炸出国考察宪政的五大臣；后来在东京最早参加同盟会；又曾在京汉线跟踪铁良，想把他刺死。他说话时颇像念台词，如：“你从哪道而来”，“老夫自有道理”。口音像桃源话，又像湖北话，又像四川话。日知会的本部设在汉口圣公会，后来被清廷破获，重要会员全部被捕，仅李亚东、张难先越狱逃脱。胡瑛在狱中神通广大，竟能说服狱卒供他差遣，和革命党人继续联络，把革命工作报告在上海的黄兴和陈其美。
共进会是同盟会的外围组织，创办人有张百祥、余晋域、焦达峰、刘公、刘英、孙武、居正、吴慈祥等。以两湖为革命活动中心，会费由刘公担任。辛亥起义时本应推刘公为鄂军都督，因找不到他，才临时抬出黎元洪。孙武因名字和孙文相近，大家讹传他是孙文之弟：“孙文的兄弟都来了，我们快点参加革命。”新军就是这样踊跃参加的。焦达峰是湖南光复后的第一任都督。
群治学社以新军和文化人为基干，光绪三十四年（1908年）十一月廿日在武昌小东门外金台茶馆成立，创办人为杨王鹏、唐牺支、潘康时、蔡大辅、李挹良、蒋翊武、刘尧澂、何海鸣、詹大悲、林兆栋、邓玉麟等，以汉口《商务报》为宣传机关，后来《商务报》因反对粤汉铁路借款被封，群治学社亦被破坏。
振武学社是群治学社蜕变的，社长为杨王鹏，吸收的干部多为湖北新军，其组织在各清军中颇有基础，如湖北新军廿九标、卅标、卅一标、卅二标、四十一标、四十二标、马队、炮队、工兵营、辎重营、陆军中学堂、陆军测绘学生均有参加。
文学社又是振武学社的后身，由蒋翊武任社长，詹大悲在汉口办《大江报》，胡瑛亦在狱中参加。武昌起义，文学社的贡献很大，功不可没。
共和会是湖北青年在北方的一个组织，原名断发会，后组成共和会，发起人是湖鄂公、熊得山、钱铁如、覃秉清、邱寿林等。胡鄂公后来回到武昌成立共和会武昌支部，然后再去京沪，待他第二次回武昌时，正是辛亥年八月十九日（10月10日）武昌起义那一天。
武汉起义在革命党人的策划下，本来是有计划有步骤的，他们先组织各种革命团体，然后在各新军内发展组织，吸收干部，最后且制定起义时的军事部署，比起以前各次起义，算是最有安排了。怎知起义是功成了，但却完全没有按照事前的计划进行，也就是说一切预定的计划还未开始就被清地方当局全部破获。
原来革命党人初定辛亥年八月中秋发难，因黄兴、宋教仁、居正未能如期由上海赶来，乃改期八月十八日午夜十二时，不料这天下午，孙武在汉口租界宝善里试验炸弹，爆炸负伤，被俄警入屋搜查，革命文告、名册、弹药、印信、旗帜、符号悉被搜出。晚间武昌小朝街革命机关张廷辅家亦被搜查，彭楚藩、杨宏胜、刘尧澂（复基）、蒋翊武等被捕。彭、杨、刘三烈士遇害，蒋翊武机警得以逃脱。武汉因之宣布特别戒严，党人纷纷走散，彼此消息不通，预定十八日起义遂不果。
天下事往往种了因就会结果，由于武汉新军内秘密参加革命组织的干部很多，自湖广总督瑞澂对革命党人大加整肃后，军心皇皇，极为不稳，流言传闻，草木皆兵。过了一天，到八月十九日，整个武汉的新军已接近爆炸的程度，这时候武昌城内共有步队三营，工程队一营，旗兵三营，督署教练队一营，巡防营数营，兵力不可谓薄弱，无如人心思汉，清运将终。当瑞澂接替张之洞为湖广总督时，一抵任所就问第八镇统制张彪：“老实说，你部队中究竟有多少革命党？”张彪也很老实地回答说：“不敢瞒大帅，大约有三分之一”。
八月十九日晚七时，工程第八营副班长金兆龙和兵士程定国正在擦枪装弹，工程营后队第二排排长陶启胜忽然跑到金、程二人面前大声叱责说：“你们想造反吗？”金反唇说：“老子造反你要怎样？”陶大怒说：“你敢犯上，这还了得，来人把他们抓了。”于是二人互相扭作一团，程定国乃自陶背后用枪托向陶头上狠狠敲击一下，立时头破血流，程再向陶射了一枪，这一枪就是武昌起义、推翻清朝的第一声枪声。陶负伤下楼逃走，由于这一枪使得全队动摇的军心火上加油，大家争说“起义了！”班长熊秉坤立即集合营中革命志士开始行动，工程营代理营长阮荣发、右队队官黄坤荣、司务长张文涛拔刀阻止，程定国连发两枪，击毙了黄、张，阮亦被杀。众志士即将营内子弹搬取而空，一哄出营，径奔楚望台军械所。这一支首义部队不过三百人，到楚望台时已有志士在内响应，所以未发一弹就加以占领。这时群龙无主，没有领导的人，于是大家推举工程营左队队官吴兆麟为起义的革命总指挥。吴乃在楚望台西南凹地集合全体志士，确定军事行动。
辛亥武昌起义就是这样开始的！
工程第八营在武昌城内首义后，响应的仅炮队第八标，测绘学堂学生及步队廿九标一排，城外辎重工程两队，合计不过2000余人，其余清军俱未响应，如果湖广总督瑞澂和第八镇统制张彪能沉着应付，则武昌起义亦可能和以前各次起义一样失败。可是瑞澂是个胆小鬼，起义的炮队用大炮向督署轰击，瑞澂已心惊胆落，连声说，“炮弹没有眼睛，如落在面前可就不得了。”言犹未毕，一枚炮弹就在督署爆炸，时当深夜，爆炸声极为猛烈，瑞澂也顾不得自己是地方上最高首长，忙问左右：“往哪儿躲？”左右答：“往城外兵船上去。”瑞澂连财物家小也顾不了，同时不敢从督署大门出去，命差役把后墙打穿一个洞，带巡防卫兵一排出文昌门上楚豫兵船，还传谕守文昌门士兵不要说出总督的行踪。至于张彪呢？起义时他正在文昌门内豪华的公馆中，听说城外工兵辎重两队哗变，以为无关紧要，继闻城内工程第八营起义，这才心惊胆落，慌忙用电话传谕各营。不久又听说炮队全体响应，更是手忙脚乱，不知所措，加以身旁马弁和四姨太都绘声绘影地说革命党如何凶如何狠，哀求张暂避，把个张彪越发搞得头昏脑胀，他的部下赶来请示军情，也被疑是革命党而拒绝不见。到了午夜电话不通，张彪更如坐针毡，束手无策，又不敢外出，唯有紧闭大门。八月廿日清晨五时，革命军已占领总督衙门，署内守兵弃枪逃窜，守督署的骑兵队长朱明超，带了马兵廿人逃至张彪公馆，报告“督署被占，请统制暂避”。张彪这时才知大势已去，乃将细软首饰存款折子装在一个大手袋内，准备和四姨太太一块出城，到汉口租界觅大仓公司经理菊三郎暂避，正准备时，又有平湖门外辎重第八营营长安录华来报告说该营还没有革命党，张彪一听大喜，即命安录华和朱明超率领马队送张的家眷出城改乘船至汉口，张本人则前往辎重第八营。到了营部，该营管带萧安国请示机宜，张彪却又拿不出办法。大家你一言我一语，做不出结论，只知瑞制台已上了楚豫兵船，可是楚豫轮开往何处也不知道，全武昌城没有领导人，革命军已占领全城，辎重一营恐怕不能抵抗革命军，加以军心也难控制，不知何人是友，何人是敌。大家在无办法中决定先把这一营带到汉口清静地方集合，免受革命“瘟疫”的传染，张彪认为很好，乃命辎重第八营开至汉口刘家庙集合，自己也弃城逃走。
革命军在八月廿日天明时，已占领武昌全城，以白布为旗，遍插城上，全城各营军士各机关学校均闻风响应，手缠白布，齐集楚望台宣布参加。
武昌城内既然全被革命军占领，革命志士马荣和杨启发遂往寻第廿一混成协协统黎元洪。他们到了黎宅后见到伙夫担了三件皮箱外出，盘问之下，才知黎协统已匿居黄土坡的刘文吉参谋家，于是带队前往刘家，先将其家前后包围然后闯门而入，其势汹汹，刘家人问来此何为？众人说来请黎协统，马、杨冲至卧室找到了黎。黎说：“我平日待你们不薄，今日为什么要和我为难？”马荣说：“我们是来请统领到楚望台的。”黎说：“革命党人才济济，要我何用？”马荣说：“无论如何请统领去一趟。”黎无奈，穿一件藕色呢长袍玄色呢马褂，随众到了楚望台，革命军特鸣枪整队致敬。黎见到吴兆麟时还说：“你们为什么这样胡闹，革命是要诛戮全家的，你学问很好，资格也深，万不该闹革命！”黎的话使革命志士很生气，原来黎和吴在参谋学校曾同学四年，黎很佩服吴的学问，但黎在清军地位高，故对吴讲话很随便。吴兆麟这时忙向大家解释说：“黎统领很爱护我们，刚才的话实在是关照我们，让我和统领谈谈。”
黎元洪在吴营中和起义的首领们会议，黎问：“现在督署虽攻下，可是瑞澂、张彪未获，你们何以善其后呢？”大家答：“请统领作主。”黎问：“你们恃何为援？钱粮有多少？”邓炳三伪称：“京山刘英已经组成了十万军队，二三日后可以抵达武汉。”熊秉坤说：“钱粮方面现存官钱局铜币局粮币局和藩库的银币合共有三千万，立刻可以取用。”黎又问：“倘瑞澂、张彪增兵来攻，水陆并进，如何应付？我在海军多年，知道海军大炮的厉害，只须十弹就可以粉碎本城，到那时候，你们打算退向何处？”邓炳三答：“可以退湖南。”黎问：“退湖南又有什么把握？”邓答：“焦达峰已订下月起事。”黎闻言默然甚久，然后叹了一口气说：“我只有这条命，给你们玩掉罢！”正谈论间，刘静涛自外气喘而入，告诉大家说湖北咨议局议长汤化龙请黎统领和革命代表于中午12时到咨议局会商组织政府，大伙乃在11时半稍后拥黎径赴咨议局，汤化龙和湖北士绅已在咨议局迎候。汤是湖北名流，进士出身，黎见这个非革命党人也同情革命，意思才活动起来。当即决议组织军政府，推黎元洪为鄂军都督。黎则力辞，这时有人拟就都督安民布告请黎签署，黎犹豫未决，其亲信王安澜亦拽衣劝黎勿就都督。这时守卫的测绘生李翊东、陈磊等愤欲举枪，黎这才低叹了一口气，徇众议钤印。黎是著名的稳健派，且相当有声誉，他出而领导革命，对内稳定了湖北人心，对外刺激了一般非革命党人，认为像黎元洪这样的人都参加了革命，可见反清革命确是时代需要。
黎元洪虽然就任鄂军都督，但他既不是革命党，对革命事业也没有信心，所以他脸上既无表情，又来个一问三不知，大家只好叫他“黎菩萨”。他在都督府组成后即要求回家一行，后来竟由家中转去他的混成协司令部，可是革命军方面对他护卫甚严，除派六名军士保护其眷属外，还有12名随黎左右。八月二十一日黎返咨议局后，即以局内前楼东端房间为都督居住，黎入居后其亲信王安澜向革命同志报告：“黎已两日不进饮食，亦不与人说话，好像做新娘一样”。革命同志闻之大为不满，认为黎如此反对革命，实在可恶。陈磊说：“我想黎是故意作状，如革命失败，他便可求清廷原谅；如革命成功，则坐享元勋地位。其实他如果真是忠于清室，十九日为何不死？”甘绩熙说：“黎这态度我真看不来，还不如给他一枪了事”。于是陈、甘二人竟持手枪向黎房走去，大众劝阻，甘说：“我不打死他，亦要他表示一个决心。”乃跑到黎处说：“黎宋卿先生，我们同志流血不少才换得今日成绩，举你为都督，你这几天的态度，太对不起我们同志。我对你说，今日之事，不成你是拿破仑，事成你便是华盛顿。成败对你都占便宜，你再不下决心，我就和你拼了”。黎元洪说：“你年轻人不要说激烈话，我在此两日，并没有对不起你们。”陈磊说：“黎都督没有对不起我们，但是你的辫子尚未剪去，你身为都督该作一个模范，先去辫子以示决心，听说你自到咨议局茶饭不进，今有一言奉告，现在是民国了，你尽忠民国便是开国元勋，若尽忠满清，就该早点死节，二者必居其一，如今这么装模作样，实在令人不解。今天做都督的人很多，不一定非你不可，望三思之。”黎仍慢吞吞笑道：“你们不要再如此激烈，我决心和你们走一条路，你们说要去辫子，我早就赞成，你们明天叫个理发匠来把我的辫子剃去好了。”
在都督府中，大家的辫子都已经剪除了，除黎而外尚有三条辫子，一条是胡瑛，一条是郑江灏，一条是孙发绪。孙本来是皖抚朱家宝派到武汉的密探，被胡瑛捉到，倾谈之下甚为赏识，乃带至都督府，向黎介绍：“此人乃幕府才，请委为秘书。”孙就任秘书后，替黎写了一封信给海军提督萨镇冰。萨是黎的老师，孙替黎写的信有云：“党军驱逐瑞督出城后，即率队来洪营，当被索执，责以大义，吾师素知洪最谨厚，何敢仓促间出此？……谁无肝胆，谁无热诚，谁非黄帝子孙，岂甘作满族奴隶而残害同胞耶？”此信为大家激赏，黎乃对孙刮目相看。由于孙有文名。他的辫子遂得保留，可是后来鄂省选派参议员时，孙本在名单内，因不剪辫而剔出，后来以黎都督私人代表名义北上活动，一会做省长，一会又做县长。郑江灏不剪辫子是因为：“身体发肤，受之父母，不敢毁伤。”革命同志们威胁说：“如要留辫子，就要砍下脑袋。”他的辫子也就只好剪了。胡瑛则因为是革命老同志，拖到最后才剪掉。
为了提高都督的威望，八月廿六日（10月17日）黎明，鄂军都督在阅马厅举行祭告黄帝和誓师典礼，由同盟会元老谭人凤授剑授旗。谭字石屏，湖南新化县人，在同盟会内年龄最大，须发皆白，因此又被称为“白谭”，他到湖北来是总理所派遣的。誓师典礼进行时，黎站在礼台上念了几句演说词，礼成。黎以安详的步子走下礼台，骑了鄂军中最大的一匹马绕场一周，很像个样子。随后邀请各界在教育会会议，讨论军政府组织条例，由汤化龙和居正起草，宣称是孙中山先生亲自拟定的，因此条文还没有念完，大家就一致举手通过。根据这个条例，都督为一省最高文武长官，下设军政、民政两大部，军政部设总司令由都督兼任，下设参谋部，部长杨开甲、副部长吴兆麟，军令部部长杜锡钧，军务部部长孙武，副部长蒋翊武（未返武昌）、张振武、蔡绍忠。民政长汤化龙下辖政务司司长汤化龙兼，副司长张知本，外交司司长胡瑛，副司长王正廷，财政司司长胡瑞麟。胡只就职几天，就被赶走。至于胡瑛是由牢狱中出来的，一脚跨进都督府后就自立为外交司长。当时人人想当部长，一方面骂别人不是革命党，另一方面又骂别人无经验无资格，由于有排挤和倾轧，很多参加军政府的人心灰意懒，只有胡瑛的外交部长最起劲，别人灰心他热心，别人无法他有办法，他一字洋文不懂，可是既是革命老同志，又坐过监，所以别人碰不过他。
军政府成立后集中兵力，组成四个协。每协成立后，各补充兵员一团，计步队第一协统领吴兆麟，第二协统领何锡藩，第三协统领陈炳荣，第四协统领张廷辅。军队组织仍照清新军制度。
军政府派吴兆麟、李作栋、蔡济民、徐达明四人清理全省储款，合共有4000万元，因此经费颇为充裕。
同时有谋略处，以蔡济民、吴醒汉、邓玉麟、高尚志、张廷辅、王宪章、徐达明、王文锦、陈宏诰、梁鹏等担任。另成立招贤馆，派刘度成负责。招贤馆成立后门庭若市，饶汉祥等都是这时来投招贤馆的，由于招贤馆文士日多，军政府电文布告多交由招贤馆办理，不久军政府复设置秘书处，以杨玉如为秘书主任，饶汉祥为副主任。