陕西起义后的第7天，山西便在10月29日响应。
山西、陕西地域毗连，两省革命党人早有联系。他们曾约定同时起义，相互策应。陕西起义后，山西群思起义，举事如箭在弦，随时都可爆发。
山西革命党人力量，主要在新军中，新军中有一批军事人材，他们大多是留日学习军事的，起义后被推选为都督的28岁标统阎锡山，就是其中之一。
阎锡山字百川，号龙池，堂名斌役堂，是山西五台县河边村人。他6岁进入小堡私塾，学习认真，能熟读、背诵课本。10岁丧母，受到很大痛苦和刺激，有时沉默寡言，呆若木鸡；有时像一匹脱缰野马，狂奔乱跳，且好打抱不平。15岁到父亲在五台县城办的钱铺里当小伙计，与各阶层人士广泛接触，增长见识。他探行情、记帐、算利息、讨债，什么都干。学会了精打细算，牟取暴利，投机钻营。他利用业余时间读书，摘录了许多古代圣贤修己治人的名言要语，名曰“补心录”。
1900年，阎锡山的父亲在“打虎”市场上折了本，欠了债，一时间，讨债、打官司的人涌上门来。他两手空空，一筹莫展，招架不住。三十六计，走为上策，乘着黑夜，悄悄离开五台县城。凤凰落毛不如鸡，只好给人当帮工。阎锡山也落了个走街串巷卖饶饼的下场。
但阎锡山必然比他父亲精明，18岁混上个司赈纠首，相当于村长。时值八国联军侵略中国，德军进攻五台县龙泉山，阎锡山被清军拉去做杂工，吃尽了苦头。他预防清军扰害村民，偷卖了继母首饰，纠集壮丁，组织武装，保卫村庄，备受村民称赞。初露头角的阎锡山，树大招风，引来了络绎不绝的讨债人，父子俩人躲避他乡，先在忻县的一家药铺帮忙，后奔太原。
阎锡山拜一位在太原开“裕盛店”的同乡魏老五为干爹，在裕盛店当伙计。他交结了一些朋友，与黄国梁、张瑜拜为“桃园三结义”，阎年龄小，为老三。
阎锡山涉世后，饱尝了社会生活的酸甜苦辣，帝国主义的疯狂侵略刺激着他的爱国心，清朝腐败无能萌发了他忧国忧民之思想，他为时势所驱，认为欲有补时艰、有济国危，只有投笔从戎。他报考了武备学堂，论文有见地，口试对答如流，即被录取。他的结拜兄弟黄国梁、张瑜一同考上。
1904年，阎锡山在武备学堂学满三年，报考日本留学，他同黄国梁、张瑜以及朋友温寿泉、乔煦、焦纯礼、姚以价、王宝善、金凤巢等被录取。阎锡山、姚以价还是公费留学。
阎锡山东渡日本，在东京入振武学校学习。1905年，阎锡山加入了同盟会，他对同盟会纲领中“平均地权”一语不解，便向孙中山请教，孙中山给他讲解了30分钟，使他茅塞顿开。
同盟会设立各省分会，山西分会干事是谷思慎，山西分会会员还有温寿泉、荣炳、荣福桐、景定成、赵戴文、何澄、王用宾、张瑜、乔煦等人。同盟会在留日军校学生中秘密地组织了“铁血丈夫团”。山西籍学生阎锡山、温寿泉、张瑜、乔煦等人加入了这个组织。“铁血丈夫团”取孟子“富贵不能淫，贫贱不能移，威武不能屈”为团规，规定每个团员都要随时准备为国捐躯。
同盟会山西分会积极派人回省进行革命活动，第一次回省的荣炳在武备学堂学生中，发展了常樾、王嗣昌、张煌等人参加同盟会。以后，谷思慎、景定成等回省，学校中又有一些人参加了同盟会。
1906年，阎锡山、赵戴文利用假期回省运动革命。临行前，他们接受同盟会总会要他们在华北宣传革命，发展革命势力的使命，并领了两颗小型炸弹。轮船抵达上海港时，阎锡山得知海关检查非常严格，便将赵戴文携带的炸弹藏到自己身上，对赵说道：
“如查出来，我一人当之，你可不承认是与我同行之友。
检查时，我站在前列，你站后列。”
赵戴文道：“我站前列，你站后列如何？”
“站后列有畏惧检查之嫌，易被注视，仍以我站前列为宜。”
海关检查人员果然前松后严，阎锡山安全地渡过了这一难关。赵问阎为何有先见之明，阎道：
“事到危险宜放胆，不可畏缩，畏缩会让人生疑。”
阎锡山和赵戴文在山西活动了3个月。假期满之后，赵戴文留太原发展同盟会会员，阎锡山返回日本，进弘前步兵第31联队实习。实习结束后，进入日本陆军士官学校学习。他在这里同李烈钧、唐继尧、李根源、朱绥光等人结识，一起分析时事、研究政情。
1909年，阎锡山毕业归国。山西革命形势日益发展，革命党人不仅在学界发展组织，而且在军界、商界和其他阶层发展了许多同盟会员。但政治局势复杂，拥护革命的有两派，一派以省谘议局议长、清翰林梁善济以及谘议局副议长、清举人杜上化为首，称北路派；一派以《昔阳日报》主笔王用宾、北京《国风日报》主笔景定成，以及温寿泉为首，称南路派。南路派比北路派激进。
阎锡山绕道北京，谒见清朝陆军部左丞姚锡光。他自称是留日归国的学生代表，谈吐谦恭而庄重，得到姚锡光的赏识。姚的儿子姚鸿法是山西新军协统，他写信嘱咐儿子优待阎锡山。阎锡山回太原即任山西陆军小学教官，3个月后升为监督。
阎锡山在山西上层搞社交活动，拜访省谘议局议长梁善济、副议长杜上化、标统夏学津，又取得了巡抚丁宝铨的信任。但阎锡山很快意识到，夏、丁不去，他很难夺取军权。于是，他同同盟会会员李蒿山、张树帜等人，联络北京《国风时报》、太原《晋阳公报》制造社会舆论。时值“交、文禁烟惨案”发生。交城、文水产烟区收割之际。丁宝铨下令全部铲除。两县群众拥往巡抚衙门请愿，夏学津下令开枪，打死打伤多人，造成流血惨案。丁宝铨与夏学津之妻有暧昧关系；标统齐允贪污腐化。这些丑事公诸于报，社会舆论大哗，丁被朝廷给予降职留任处分。
清政府为选拔军事人才，下令召集留日归国学生到北京会试。会试结果，温寿泉成绩最佳，阎锡山、黄国梁、姚以价、乔煦等人为上。温寿泉为陆军炮兵科举人，提为副军校，阎锡山等为陆军步兵科举人，授以协军校。不久，温寿泉任督练公所帮办兼陆军小学监督；阎锡山升为86标副标统，黄国梁升为85标标统，乔煦为86标3营管带，张瑜为1营管带，姚以价为85标2营管带。革命党人在新军中有了相当力量。
阎锡山同温寿泉、赵戴文、张树帜、南桂馨等人策划，成立山西军人俱乐部和模范队组织，以研究学术和训练表演为名，联络团结革命同志，鼓动革命，作起义准备。
清朝调江苏藩司陆钟琦为山西巡抚，丁宝铨被免职。陆撤了夏学津的86标标统之职，命阎锡山为标统。阎推荐南桂馨为86标军需官，仇亮、常樾为陆军督练公所科员。
阎锡山见新军中多是老兵，那些老营混子纪律松懈，军队不易掌握，便提倡征兵，得到有关方面支持，便招劳动农工子弟入伍，兵员结构发生很大变化。山西督办姚鸿法提出老兵逐步退伍。但很多老兵是同盟会会员，又是班长之类的骨干，遣散老兵，对革命党的力量有较大影响。阎锡山等人决定筹款，建设农庄，开设店栈，安置退伍老兵。南桂馨、王嗣昌、李成林、杨沛霖、杨彭龄等人，于1911年中秋节召集退伍老兵八九十人，以聚餐为名，为将要退伍老兵饯行。席间歃血饮酒，立誓结盟，约定退伍时，按计划进行。山西当局怕酿成事变，不敢贸然遣散老兵。
同盟会员景定成、谷思慎、王用宾等人到北京办《国风日报》，抨击时弊，揭露山西统治者劣迹。南桂馨等在太原创办“振兴派报社”，与《国风日报》呼应，开展革命活动，革命思潮传遍全省。
山西巡抚陆钟琦思想守旧。陕西起义那天，他急电平阳总兵谢有功调集所部步马7营，加强黄河河防，他又召集督办姚鸿法、协统谭振德密谋对策，认为新军绝不可靠，决定将新军调出太原，85标和86标分别调往晋南和晋北，加以分隔，将驻在外地的巡防营调来省城，以资震慑。85标革命党人多，先行调离，规定部队先开拔，后发子弹。因黄国梁、姚以价等力争，才允许发给子弹4万发。
阎锡山、黄国梁、温寿泉、南桂馨、乔煦、赵戴文感到形势危急，便在85标标统黄国梁家秘密集会，商议对策，提出两个方案：一是85标遵令开拔，等领到子弹后将军队开往韩信岭，伺机返回太原，举行起义；二是不离开太原，待领到子弹后即发动起义。决定采取第二方案。
却在这时，一位革命党人张树帜，从陕西返回太原，即找阎锡山商议起义之事。阎锡山道：
“我同志等，逢此时机，尽可举事，想君早有筹划。我省若不速为起义，以分清兵势力，时机一失，吾辈革命有何价值，即我前辈数年辛苦，竟成画饼，何面目对武汉同志乎？”
张树帜道：“即然如是，决不失此宝贵时机。”
阎锡山道：“现在事体大，非靠军队不能成功。不过，目前有机可乘，陆钟琦要85标到韩信岭南驻扎，我们可以军需品一时难以备齐为借口，罢兵不动，陆钟琦必然以违抗军令论处，我们就先发制人，杀85标反动军官3营管带熊国斌而起义，陆钟琦必定命令我们86标进攻85标，我以86标以同室不相操戈为辞，拒绝执行命令，并乘机起义。派人逼令陆钟琦出城暂住，我们到谘议局开会，推举都督。”
张树帜道：“如此办法很好。”
两人作了分工，张到85标发动起义，阎找85标标统黄国梁商议。
黄国梁已接到命令：10月29日前必须开拔。他问阎锡山是否出发。阎道：
“不出发，过不去，你带标部先出发，把队伍留下，你走了，我反好运用。”
两人默契，互相配合。
黄国梁因出发命令催逼甚紧，不敢违抗，便同南桂馨率先行队南下。
张树帜到85标和缉探队运动起义，又回来向阎锡山报告，劝阎从速起义。阎决定立即起义，道：
“85标官长兵士如能响应，即以该标2营攻抚署，本标2营接济；85标1营两队攻警署，两队攻满营，本标1营二队守军装库，两队接济攻满营。85标驻城外，今夜入城，诸多不便，必得翌晨进城，出其不意，攻其不备。事成，我诸同志即到谘议局开会，公举都督。事不成，由东门退出，无堪阻碍，以便举兵南下，与陕省民军结合，势力膨胀，好图再举。”
阎锡山派张树帜到85标发动，嘱咐：“特别注意头目和下级军官，将头目和下级军官运动好，以他们带起军队，逼迫营长。等运动好，即打电话通知我，暗号为‘债讨起’，运动不好的暗号为’债不能讨’。”
阎锡山又道：“你纵使运动不好，也不可离开85标的队伍，如本标发动时，你在85标能拉多少就拉多少，至少要纠合同盟会员带队响应。”
阎锡山又命令刘文英通知张培梅、王赞绪、王栋材、张子奇等，联络军界，准备起义。
张树帜来到85标一营，找张占元、梁俊玉、柳殿魁、白路喜、李开成等人，商谈起义大事，人愈聚愈众，一时齐集30多人。张把阎锡山起义计划当众宣布，众人拍手叫绝，当场推张树帜为司令。
时至半夜，张树帜令人分头到各官长门口把守，劝其顺应革命潮流，响应起义。他又带数人到各官长处，晓以参加革命推翻清廷大义，各官长莫不从命，愿意共图大举。管带白文惠已走未遇，督队官苗文华，素抱革命意志，蓄谋已久，对起义极表赞成。
张树帜与营队各官见面，宣传革命，同心共举，磕头订盟，誓共生死。明晨进城，严守纪律，勿得抢掠焚毁，致失革命宗旨。随即发布命令，号召全营士兵持枪站队，领取子弹。士兵一呼百应，蜂拥齐集，入军械库自取枪弹。广大战士将锅碗砸碎，以示“破釜沉舟”决心。
张又派人去85标2营找同盟会员杨彭龄、王嗣昌联系，告知1营决定立即起义，希望2营同时起义。杨、王表示赞同。经王嗣昌与各队官联系，众人都道：“我辈素有此意，岂肯任人先我着鞭。”于是，众人行动起来，并将起义之事报告管带姚以价。姚虽不是同盟会员，但对清政府的腐败极为不满，愿协同动作，率队起义。
姚以价对阎锡山起义计划颇为赞同。
张树帜见姚以价地位高，兵权在握，遂与苗文华商量，推姚为司令，统一指挥85标的部队。
阎锡山召集加入同盟会的86标中下级军官来他家开会，商量起义：“我们是遵令开拔，还是起义？”
众人同声道：“我们应该起义！”
阎道：“85标不同意怎么办？骑炮营有没有办法？”
众人道：“炮兵可以设法，骑兵没有什么关系，85标至少也能拉出一半人来！”
阎道：“好罢！那就等待85标动静。先把我们86标的行动计划研究一下！”
午夜，阎锡山接到张树帜的电话，知道运动成功。便让86标同志回去照计划于翌日早晨开城门，迎85标进城。85标攻打抚署前门，86标攻打抚署后门。
抚署侦探瑞禄在阎锡山大门口，见排长李执中出来，拉住他的手道：“你们开会作什么来？”李一时语塞，认为事已败露，造反罪大，便投井自杀。
有人向阎锡山报告李执中自杀，阎心急如焚，仍命令众人随时同他保持联系，照原计划行动。阎午夜骑马来到86标标部，召集军队，发布起义，并将反动军官二营管带瑞墉囚禁起来。
姚以价一夜没有合眼。次日凌晨，他集合全体官兵誓师起义。杨彭龄、王嗣昌、苗文华发表演说，阐明起义宗旨和革命重要意义。姚以价大声疾呼：
“满清入至，虐我汉人两百余年，可算是穷凶极恶；清朝皇帝昏聩，官吏贪暴，压制人民，虐待士兵。现在外患日亟，而满贼仍用盗憎主人伎俩，谄媚外人，压制汉人。我们不要当这家奴，要救中国，非先推倒满清不可。我宁拚个死活，不当这亡国奴。”
姚以价声泪俱下，众官兵齐声道：“愿拚死，愿服从大人命令。”
姚以价宣布起义命令：“苗文华率一营前左两队直扑满城；崔正春率一营右后两队，夺取军装局，杨彭龄为冲锋队长，张煌为奋勇队长，随本司令直捣清抚署衙门。”
姚以价宣布起义军法四条：“一、不服从命令者斩；二、不勇往直前力战者斩；三、扰害百姓者斩；四、伤害外人者斩。”
姚以价又派人飞速到炮兵营联络。炮兵营班长于凤山、刘德魁、高永胜得知步兵起义，便立即集合全队宣布起义，将炮拉出来，作好出发准备。管带张治尧企图阻拦，下令全营不许行动，高永胜举枪向张治尧射击，张慌忙逃走。于凤山等便率领炮兵，尾随步兵之后，攻打满营。
10月29日凌晨4时，姚以价率85标起义军来到新南门，城内早有人响应，打开城门，起义军顺利进城。
各队起义官兵，按照计划行动。杨彭龄、张煌率队进攻抚署，队伍跑步来到巡抚衙门。张煌派两排人分别把守东、西、南三条街口和抚署门口。协统谭振德得悉兵变，仓皇持剑赶到抚署门口，厉声道：
“你们造反啦，赶紧回去，不究！”
杨彭龄道：“协统也知道革命大义么？如知，指挥我们向前，否则，请退！”
谭振德不听，力阻不退。杨彭龄举枪射击，将谭击毙。起义军一拥冲入抚署，抚署卫兵不作抵抗，纷纷溃散。
巡抚陆钟琦被枪声惊醒，慌忙整衣而出，刚到二堂，起义军已涌入。他勃然大怒：
“我来此没有一个月，有何坏处，竟如此对我。”
陆钟琦次子陆光熙紧跟父后，右手开枪射击起义军，左手扶其父避退。父子俩人被起义军乱枪击毙。
阎锡山率86标围攻抚署后门的巡防队，令2营前队3排长张培梅，右队3排长金殿元率队，从抚署后门西围攻，左队队官王缵绪，后队队官吴信芳带队从抚署后门东围攻。巡抚马队1营管带谭金标领队在抚署后门顽抗。阎锡山督兵奋战，顷刻击溃谭部。
姚以价和阎锡山前后夹攻，攻下了抚署。
温寿泉率领陆军小学堂学生队占领了省谘议局。
苗文华一队起义军登上城墙，向东冲向满城。满城内的兵丁有些还在家里睡觉，起义军兵临城墙，才吹集合号。起义军居高临下，发起进攻。阎锡山又率队赶来，并调炮队向满城轰击。炮弹如注，枪弹如雨，清军抵挡不住，即由东门向马家花园溃窜，满营悬挂白旗，派人向起义军联络投降事宜。起义军占领全城，太原光复。
阎锡山、温寿泉、姚以价、乔煦、张树帜、张瑜等起义领导人在谘议局召集紧急会议，学界、警界、军界和谘议局均有代表参加，赵戴文、李成林、杨沛霖、徐一清、贾英、姚鸿法等人都参加了会议。
谘议局议长梁善济主持会议。会议讨论建立军政府，推举都督等。但梁善济反对建立新政权：“官厅不可推倒。”
革命党人群起反对，说陆巡抚已被击毙，不推倒官厅，还发动起义作甚？张树帜一气之下，拔出手枪，要击毙梁善济。
梁善济吓得躲到副议长杜上化背后。
阎锡山要大家平静下来，他主张选姚鸿法为大都督，姚因其父任清廷陆军部侍郎，坚辞不就。众人主张选阎锡山为都督。梁善济等人主张投票公举都督，且颇有当仁不让之势。
张树帜担心都督落入梁善济之手，一个箭步跳到主席台上，将梁挤到身后，大声疾呼：“我们选阎锡山为大都督，不要选票，举手表决。”他即高举左手，要众人也举手。
正当一部分人迟疑张惶之际，周玳掏出手枪拍案而起：“赞成的举手。”于是，个个举起手来。张树帜检查，即宣布：
“一致通过。”
会议又选举了温寿泉为副都督，杜上化为总参议，姚以价为总司令。推举完毕，众人拍手称赞。
阎锡山、温寿泉等，立即组织山西军政府：都督、副都督以下，分设七部，军政部部长温寿泉兼任，副部长马开嵩；参谋部长黄国梁，副部长孔繁蔚；军令部长常樾；政事部长景定成；财政部长曾记刚，副部长徐一清；外交部长乔义生；司法部长张映竹，副部长张宴林、李凤翔。军政府设在谘议局，用黄帝纪元年号，称中华民国，军政府门前悬挂“八卦太极图”旗。
85标3营管带熊国斌对民军起义极为仇视，产生刺杀都督歹心。这天夜里，熊忽然带着他的全营官兵来找阎锡山，道：
“我来保护都督来了。”
阎深知来者不善，便道：“好罢！你先命令你的队伍架枪集合，集合好后向我报告，我给他们讲话。”
熊集合部队返回向阎报告，阎乘其不备，一枪将他击毙，并向他的部下宣布：“熊国斌是要反对革命，现已被我处决，你们赞成革命的枪架原地候命。不赞成的自动回营。”
有两连留下，其余溃散而去。