黄兴派赵正平去南京联络起义事宜。赵到南京后，致电在徐州的冷瑮到南京，同章梓、洪承点几人密商。冷、章认为苏军的枪械弹药全靠上海制造局供给，袁世凯已派兵1团驻扎制造局，如果上海不供给枪械弹药，江苏军队实在危险，若先将上海拿在手中，南京通电响应就有办法。赵回上海向黄兴报告。
黄兴召集陈其美、钮永建、黄郛等商议上海起事计划问题。因上海方面没有军事力量起事，只得请南京方面先发动。
黄兴再派赵正平、何成浚赴宁，邀集驻宁的第1、8师高级将领、驻徐州的第3师师长冷歔、前安徽都督柏文蔚，开军事会议，决定7月15日宣布讨袁。冷劼的部队散在乡间剿匪，他匆匆北返徐州，调集四乡军队。
会议之后，第8师士兵和下级军官准备杀死师长，欢迎孙中山到南京主持讨袁。那第8师师长陈之骥和旅长王孝缜、黄恺元等，都认为第8师缺额尚多，不赞成马上出兵讨袁。孙中山对他们极为不满，他为了起兵讨袁，竟派朱卓文从上海携款2万元，到南京运动8师几个营、连长，叫他们杀了师长、旅长后宣布独立。8师的两个旅长王孝缜、黄恺元得消息，仓皇来沪，向黄兴报告说：“现在事已至此，虽准备未充分，也得树起讨袁的旗帜。希望您去南京作讨袁军总司令。”他们要求孙中山千万不要在此混乱时期赴宁，须俟南京独立稳固后，再去宁组织政府。
黄兴应允他们的要求，决定次晨动身去宁。他立即见孙中山，说明自己赴宁举兵讨袁，请孙中山在初举义时勿赴南京，等形势稳定后再去宁组织政府，孙中山点头同意后，王孝缜、黄恺元当夜赶回南京，布置起义。黄兴也于次日轻车简从，秘密地到了南京，当晚召开军事会议，部署讨袁的作战计划。
7月15日，1师师长章梓派人割断了都督府的电话，8师士兵开入都督府。
尚在睡梦中的苏督程德全惊骇异常。赵正平急忙上前安慰说，请都督安心，克强先生就要来了，即要同都督商量。……赵的话声未落，黄兴以温蔼大度的态度，踱进来了，背后跟着各高级将领。大家坐下，黄兴说明讨袁大义，请求协助。若干高级将领，自8师师长起，纷纷跪下，语极诚恳。
程德全遂一变其惊骇颜色，表示附和独立讨袁，并留住和黄兴同来的章士钊，起草讨袁通电，由江苏都督程德全委任的江苏讨袁军总司令黄兴宣布江苏省独立，其电文是：
近日北军无端入赣，进逼德安，横排浔军，迫之使战。又复陈师沪渎，威逼吾苏。溯泪政府失政，狙害勋良，私借外款，暮夜签押。南方各省，稍或抗之，意挚词温，有何不法。政府乃借辞谴责，罢斥随之。各都督体恤时艰，不忍为抗，亦即相继谢职，静听后命矣。政府乃复于各军凝静之时，浮者甫息之会，耀兵江上，鞠旅海隅，逼迁我居民，蹂躏我秩序，谣诼复兴，军纪大乱。政府倒行逆施至此，实远出意料之外。吾苏力护中央，夙顾大局，今政府自作昏愦，激怒军心，致使吾苏形势，岌岌莫保。德全对于政府，实不能负保安地方之责，兹准各师之请，兴本日宣布独立，即由兴受任江苏讨袁军。
黄兴没有看诱程德全是黎元洪之类的人物，他本来完全可以自己打起讨袁的旗帜，但是他却要程德全做太上皇，由程德全任命他为江苏讨袁总司令。事后，柏文蔚密告黄兴说：“最好快刀斩乱麻，处程于死地，俾免后患。或为人道主义，即行拘禁，否则必坏大事。”
黄兴未采纳柏文蔚的意见，放程德全托病离宁赴沪。程到上海后，即通电声明说：“驻宁第8师等各军官，要求宣布独立。德全苦支两日，旧病剧发，刻难支持，本日来京调治。”
黄兴着手组织讨袁军司令部。他委任章士钊为秘书长，黄恺元为参谋长，何成浚为副官长，赵正平为兵站总监。因第1师师长章梓为文人，不会打仗，即调任都督参谋长，任命洪承点为第1师师长，任命马锦春为要塞司令（未就任），坚请柏文蔚出任安徽讨袁军总司令，赴蚌埠部署军事。同时令冷遹率第3师向驻韩庄的北洋军立刻发动进攻；令第8师骑兵团团长刘建藩率该师第29团附机关枪连及骑、炮、工兵各1营，组成混合支队，开赴徐州前线支援第3师；第1师第1旅旅长戢翼翘率该旅随后跟进；周应时率第1师第2旅开赴临淮关，协助安徽讨袁军进攻北军倪嗣冲部；派洪承点进驻蚌埠，节制第8师的混成支队和开赴徐州、临淮关一带的第1师的部队，并负责组织徐州以南沿铁路线的防御；第1、8师的其余部队，负责在南京四周的防御。
冷遹回到徐州，立即收拢部队。未待全师集中，就率部向徐州以北30公里的利国驿方向运动，并拆毁韩庄以南的铁路数处，占领徐州电报局，断绝南北交通和通讯。
北洋军第5师师长靳云鹏闻讯，立刻致电袁世凯说：“徐州军队既经叛变，应乘其尚未集中，迅速突击。第5师现经分扎，猝难集合。张勋军队聚驻铁路沿线，可否饬令星夜进攻。陆军集中后即行继进，以赴事机。再韩庄支队至今未见报告，焦甚！”
袁世凯复电靳云鹏说：“五师严守准备，未可轻进。望向韩庄确探军情再夺。”
冷霨的第3师冒雨向驻守韩庄的方玉普旅的两营北军发动进攻。方率部坚守待援，多次打退冷部的进攻。
张勋接到方玉普求援急电，不待袁世凯行令，立刻派他的义子武卫前军左路统领张文生，带步炮3营赴韩庄助战。张文生的3营辫子兵和从兖州开来的田中玉的巡防营，先后到达韩庄前线、加入战斗。冷沄部遭到北军左右夹击，被迫退守利国驿。北军团长潘鸿钧率部从济南冒雨赶到韩庄参战，炮团团长郑士琦也从济南率步兵一营、炮兵一连赶到前线，将利国驿车站轰毁。冷遹部被迫撤出利国驿，退守徐州北20公里的柳泉。
8师混成支队在刘建藩的率领下到达柳泉前线，从铁路两侧向敌猛攻，激战一昼夜，包围敌军右翼。敌军急调第5师的两个营投入战斗，才得突围后撤。讨袁军1师第1旅赶到前线，与3师、8师刘建藩支队并力再度反攻，将北军赶回利国驿一线。讨袁军前锋一度追到运河。
在讨袁军节节取胜的时刻，黄兴听说驻杨州的徐宝珍的第4师叛变，将从六合进攻南京，急电刘建蕃支队撤离前线，回守六合。刘队的撤回大大削弱了利国驿前线的兵力。
黄兴幻想利用张勋忠于清室、不满袁世凯愚弄旧朝的情绪，动员张勋倒戈。他致电张勋说：
“兖州张军统鉴：江西、江苏先后独立，皆袁世凯自开衅端，过为已甚。……世凯本清室权奸，异常显诈。每得权势，即作奸慝。戊戌之变，说者成为寒心。前岁光复，世凯复愚异旧朝，盗窃权位，继以寡妇可欺，孤儿可悔，假其名义，以御民军，旋乃取而代之。自入民国，世凯更无忌惮，阴谋满腹，贼及太后之身。贿赂塞途，转吝皇室之费。世凯不仅民国之大憝，且清室之贼臣，无论何人，皆得申讨。公久绾军符，威重于内。现冷军已在徐州方面，与袁军接仗，公率一旅之众，直捣济南，则袁氏丧胆，大局随定，国家再造，即由我公矣。”
黄兴对张勋这个臭名昭著的封建余孽策反，无异与虎谋皮。张勋不仅不理，反而派出骑兵，绕道台儿庄经涧头集，配合新抵前线的袁军向讨袁军进攻。已被袁军收买的大土匪李扒子（李已被冷军击毙）余部，也抄袭冷军的后路，使冷军腹背受敌，力不能支，退回徐州。冷军刚退还徐州，又遭到受敌军收买的冷师骑兵团团长张宗昌骑兵的突然袭击，以致军心大乱，被迫退出徐州。
讨袁军撤出徐州后，高级将领斗志消沉，无意部署节节抵抗。不久，第1师被调回南京，第3师师长冷遹脱离部队回南京，3师由旅长伍崇仁率领移驻凤阳。
袁世凯任命冯国璋为江淮宣抚使兼第2军军长，负责统一指挥江苏方面的作战。冯国璋将北军主力集中在徐州一带，准备向南推进。
袁世凯命令张勋率全军由运河水路南下杨州，会合南京叛军徐宝珍的第4师进攻镇江；命令冯国璋率第4、5两师沿津浦路南下，速取临淮关，再趋浦口，与张勋联合，会攻南京。同时要求冯国璋注意与安徽的倪嗣冲联络，配合作战。
袁世凯见程德全与革命党人离心离德，便下令恢复他和应德闳职务，他在通电中说：“该都督有治军守土之责，似此称病弃职，何以对江苏人民。姑念该都督从前保全地方，舆情尚多感戴，此次虽未力拒逆匪，面事起仓猝，与甘心附逆者迥不相侔。应德闳因事先期在沪，情亦可原。”
袁世凯命令程德全、应德闳即在就近地方暂组军政、民政各机关行署，要程德全选择得力军警严守要隘，迅图恢复。
程德全见袁世凯不再追究他在南京独立问题上的责任，又看到讨袁军在徐州战役失败，就活跃起来。他通电声明说，南京独立的一切电文，都是黄兴假借他的名义搞的，并说黄兴跪泣哀求他宣布独立，他始终不允。程德全、应德闳密召苏属旧部水陆军警，策划配合袁世凯的活动。
7月26日，程德全通电黄兴，要求“取消讨袁名义，投戈释甲，痛自引咎，以谢天下。如尚坚持成见，必以江苏之生命财产，为孤注一掷，即违全国公意，即系江苏公敌”。
徐州前线的失利和程德全从政治上的打击，使坐镇南京的黄兴，面临着严重恶化的军事、政治形势，一筹莫展。南京军界不但接到了程德全取消独立的密电，南京卫队营营长张鹏翥还接到了程德全捉拿黄兴的电令。张把程的电令报告了黄兴。黄兴悲愤万分，企图自杀，经部下一再规劝，遂于夜间乘日轮静冈丸离开南京，一走了之。何海鸣对黄兴的出走惋惜道：
“南京之独立，即借此一追而成功，章梓犹不为功首也。彼等玩克强于股掌之上，一方欲胁其出走，一方又畏士兵之反对。乃思得一极妙之策，对克强则曰：‘事不可为矣，兵心悉变，卫队且将不利于公之身，公曷不速去，为明哲保身之计’。及克强已许离宁，乃又派出许多兵士云：‘护卫总司令出城有要公。’不使其知底细。江干一别，黄克强之要公乃办到东瀛去，真奇剧也。斯时克强如果以镇定处之，或与下级军官、兵士向无隔阂，侧彼等又何能售其奸。后各军官兵士多语予。若克强曾以此情告之，必能力卫克强，而直取奸人之颅。克强既不出此，而其身近又无一沉着之人与亲信之兵，徒恃一不招兵，不增加人民负担之文告，以取悦于人，究与实事奚盖。”
黄兴离开南京后，章梓、洪承点、冷遹亦当即出走。
代理江苏民政长蔡寅、8师师长陈之骥、代理1师师长周应时等当即宣布取消独立，连发两电与袁世凯联系，并派人到上海要求程德全迅速返回南京处理善后事宜。程德全急派杜淮川前往南京接任1师师长职务。撤退到凤阳的3师也宣布取消独立。
何海鸣、韩恢等赴江北发动起义，道经镇江时得知黄兴已离南京，就星夜入宁，谋补救。是时8师已全部由阵地开回，1师悉数在城，即吴浩之卫戌团亦分扎下关各处。兵士对无端停战、克强等无端出走，南京取消独立，怀强烈不满。韩恢与1师士兵有广泛联系，所有1师及宪兵、巡警等非其同乡，即与同事，韩恢之名无人不识。于是，何海鸣、韩恢就从运动1师着手。
詹大悲、戴天仇也从上海到南京在8师中进行活动，但双方未通声气。
何海鸣、韩恢同1师的代表经过紧急会议，决定在是夜发难，并规定以富贵山信炮为号。但是，由于所放之炮系40磅之空炮，声响不巨，何、韩所在的指挥所大观楼在门帘桥，耳不能闻，都督府附近则闻之，以致未能按时发动，但这声空炮却吓倒了程德全派任的1师师长杜淮川，使他仓皇出走，告急于浦口冯国璋军。
8师兵士闻空炮声，均跃跃欲试，何海鸣率100余人占领都督府，贴出布告，宣布独立。1师士兵全部拥护宣布独立，8师骑、炮队，29团已疏通意见，决不反对。反对者惟8师之陈之骥与1师中上级军官耳。
何海鸣为了争取陈之骥，自任江苏讨袁军总司令，推举陈之骥为江苏都督。何派代表迎陈就职，陈开始不答应，后表示接受，并通知何海鸣来都督府办事。但到了晚间，陈却派参谋长袁华选带兵将何海鸣劫往8师司令部，将何囚禁起来，再次宣布取消独立。
陈之骥是冯国璋的女婿，他虽然囚禁了何海鸣，但由于何得到8师29团的支持，却不敢加害于何。
陈之骥由于不能完全控制自己的部队，便通过英国驻南京领事馆联系，在宪兵司令茅乃封的陪同下，于夜间渡江到他岳父冯国璋军营，商谈和平解决方法。
陈、茅出城后，8师29团下级军官和士兵举行起义，击毙企图阻止起义的代理团长李浚，又与1师联合起来，拥入8师司令部，断绝陈之骥的归路。8师司令部士官纷纷卷行李而逸，军需外之款为此辈拐去不少。旅长王孝缜躲到船上电告陈之骥部队哗变。陈见大势已去，在日本领事馆参赞护送下，乘日本舰经上海流亡日本。
何海鸣再次宣布独立，其布告说：
江苏讨袁军临时总司令何为布告事。袁逆世凯，黄总司令兴宣布独立于前，为程贼德全破坏，本司令重行宣布于后，又为陈贼之骥推翻。人天共愤，万众不容。幸各军深明大义，于昨夜又行建树义旗。本司令承各军士推戴，仍任临时总司令。凡地方之安全、军队之接济，本司令当竭办维持，毋敢稍懈。仰商民人等，勿得自相惊惶，纷纷迁徙。以免匪徒乘间骚扰，自贻伊戚。至于各军士，幸敌忾同仇，志节高尚，深保秩序，遵从命令，为国家尽天职。本司令誓与各军士共患难生死，决不敢忽。
戴天仇在何海鸣被囚禁后，本想返回上海。但他在下关遇到8师参谋长袁华选，得知何海鸣再次宣布独立，就折回城内。29团营长王兆鸾将戴接到团部后，一般同志闻天仇来，亦莫不欣欣然有喜色，交相告曰：“天仇先生，中山先生代表也，天仇来，经济问题有着矣。”
何海鸣恳求戴天仇留南京相助，并希望得至上海方面的支持。戴则说：“予须回沪一次力筹之，此间事项，以知兵之人为司令，钮永建可承其乏，尔可退贤让路也。”
何表示同意，希望戴返沪尽快派人来支援。但事实上，戴返沪后，他和钮永建并未来南京，上海来的经济支援也十分有限。
由于师长及上级军官多逃去，军队漫无统率。何海鸣召集1、8师军官开军事会议，举出徐涛为1师师长，王兆鸾为8师师长。但举徐为1师师长，只不过二三个军官的意思。熟悉1师情况的韩恢去上海未回。何不知1师何人可用，故暂时不能不以徐涛承其乏。徐握权后，反复无常，其结果亦不过如陈之骥而已。而经戴天仇推荐被举为8师师长的王兆鸾，竟于被举后的第2天，忽不别而去。何海鸣令8师再举，李可钧乘势而出，以师长自命，其党徒附和之，出入都督府，其势汹汹，8师中人鲜承认之者。
1、8师虽然未获适当之人任师长，士兵们却战斗自觉性高，不待将校指挥，人自为战。军士每日荷枪巡行街衢，甚为严密。无论昼夜，处处皆见军服者徘徊在警备中间。
南京第3次宣布独立的第2天，即8月12日，张勋率部到达龙潭。他致电冯国璋，要求冯派兵自大胜关、三汊河渡江攻占雨花台，同时令所部武卫前军不待冯部协同作战，即会同徐宝珍师突袭并占领紫金山及天保城。旋为富贵山炮台所知，当即发炮轰击。8师亦发起反攻，至中午夺回天保城，随即在天保城架炮轰击紫金山。张、徐两军不支，弃山逃走。徐军被击毙团、营、连长各1名，排长以下55人，旅长方更生重伤；张军被击毙营管带1名，伤管带2名，兵士死亡人数不少，叛降的张宗昌所派潜入下关的两营步兵，也为守军发现，歼灭大半，残部退入南京东北的幕府山。
冯国璋下令各军晚间渡江，向神策门、太平门、钟阜门一带进攻，未获成功，仅占领老虎山。张勋再度攻夺天保城、紫金山。在这紧要关头，徐涛、李可钧和卫戌团团长吴浩，联络南京地方维持会，勾结北军，图谋取消独立，献城叛变。
何海鸣派韩恢、钱通前往，向徐涛、吴浩做工作。徐不服，其意欲叛；吴劝之气稍平，然终必迫何海鸣等退出南京，念在同志，向商会筹3万元为赆。吴浩要何等于当日下午2时出城，否则，以炮队来攻。
何海鸣被迫躲入金陵医院，借宿一宵。8师29团、1师3团等部士兵得知消息后，十分愤怒，当夜围攻8师师部，镇压了徐涛和李可钧，但攻击卫戌团失利，吴浩仍出布告，取消独立。1、8师官兵又联合击溃卫戌团，吴浩逃跑。
何海鸣出示宣布，举定张尧卿为临时都督，何海鸣兼8师师长，韩恢为1师师长。但张尧卿在军中并无基础。何海鸣为一文人，不懂军事。就连韩恢也说，何海鸣为总司令，不过儿戏而已。何海鸣是位革命精神很强的人。这次独立，凡不肖军官一律剪除尽净，无稍绊碍。从都督以至排长，皆系坚决果敢之士，万众一心。
保卫南京，主要依靠在天保城一线的1师29团，在雨花台一线的1师3团为主的下级军官和士兵群众，士兵们凡一临敌，无须号令，即奋身前往。在阵前亦无须指挥，即向前攻击。
张勋再次发起猛烈攻击，经4个小时的激烈战斗，重占天保城，并先后3次向太平门、洪武门一线发动进攻。
北军数千名猛扑该门，城上大队守军驾麦肯沁炮2尊，静以待敌，北军竟难进逼。是役炮声极为激烈，晚间北军复进扑该门，仍未得手。北军屡图冲入尧化门，惟均未得利。
8师29、32团及炸弹队向天保城发起反攻。战斗异常剧烈。民军在枪林弹雨中毫不退却，奋力前扑，战绩甚微。但是，至第2天下午，终因寡不敌众，复为张勋所占。这时，安徽讨袁军总司令柏文蔚从芜湖率卫队1营及宪兵共约1000多人来南京支援，给血战中的南京军民很大鼓舞。柏文蔚被推为江苏都督兼8师师长，领导南京的讨袁战斗。
在柏文蔚的指挥下，讨袁军再次向天保城发起反攻，但未能攻下。
张勋军与讨袁军在南京城外激烈争夺，冯国璋在隔岸观火。张勋在天保城站稳后，冯国璋才命令他的部队分别向神策门、太平门发起攻击。但他又下令说：“本军首次攻击，早迟必定成功，无须太着急。”他的本意是让张勋为他火中取栗。
袁世凯担心南京久攻不下，他处再起，电令海军总长刘冠雄：“会合海陆各军迅速荡平，切勿延缓，致牵大局。陆军大队尚未渡江，望速设法护渡。”
北军第7师由上海开抵镇江登陆，海军兵舰4艘，水雷艇2艘由镇江驶抵南京下游龙山附近，准备水陆四面围攻南京。
在兵临城下之时，张尧卿和柏文蔚、柏文蔚和何海鸣之间却出现不和。张尧卿原赞同让都督与柏文蔚以维持危局，但柏就都督职，而张又异常不悦；柏文蔚见何海鸣不得人望，内部矛盾甚多，强敌压境，前途无望，欲带8师出走，何和8师官兵坚决反对，柏的卫队多数也不愿随行。柏文蔚仅带少数人从水西门出走。
柏文蔚原打算返芜湖后入徽州，经赴江西，同李烈钧联合。但所带卫队途中遇冯国璋军一击，逃散无余。结果仅剩下柏文蔚和亲信祁耿寰，化装逃往上海，转赴日本亡命。
何海鸣又兼任江苏都督、8师师长等职，全权指挥。
刘冠雄命令海军海琛、应瑞、楚有3舰暗渡上游，直抵大胜关。不仅截断了南京与芜湖的联系，而且利用舰队炮火助陆军攻城，掩护北洋军从上游渡江。
8月26日，冯军全力攻城。张勋马队1营突入朝阳门，张宗昌部攻入神策门。张勋狂喜，电京告捷。但他的马队入城后，即遭到讨袁军预掘深沟的拦阻。向后撤退时，却被守军全部歼灭。张宗昌部也遭到守军城墙两侧火力的射击，被迫退出城外。失败后，冯国璋严饬南岸各营队，并约会海军，联合张军，协同作战，再也不敢轻率冒进了。
8师29团100余人，出敌不意，冲出仪凤门，攻占宝塔桥，一直冲到幕府山下江岸处，距北军第3师司令部仅四五百米。敌人拚死抵抗，伤亡40余名，司令部被迫后撤。但次日，北军完成了对南京城的包围。张勋、徐宝珍部攻朝阳门，北军第3师攻神策门、第5师攻太平门、第7师和第4师一部攻雨花台，第4师另一部扼守通向芜湖及秣陵关的要道。海军上游舰队不时攻清泉山、仪凤门暨城内西南部，下游舰队日夕攻狮子山东西岸暨城东北部，南京的形势顿时险恶起来。
何海鸣和韩恢在只有虚名的新编第三军司令部召开军事会议，时任1师师长的王宪章、5师（新编）师长钱通积极主张以攻为守。何海鸣主持决定：于8月31日晚分4路进攻。
即1师出雨花台，攻紫金山；新编5师出朝阳门，俟1师与敌接仗时，出而合攻；8师出太平门，突出天保城；新编6师出仪凤门，攻击幕府山。是时1师迟迟没有行动，5师至朝阳门，敌人炮火猛烈，不能出城。而8师亦因之不能直攻天保城。原定4路进攻计划完全落空。
9月1日早晨，北军对南京城发起总攻击。讨袁军各师由于昨日晚的反攻计划未能实现，不仅打乱了守城的部署，而且天亮后纷纷转回休息，削弱了守城的兵力，在敌人总攻面前，处于十分不利的地位。
张勋部利用地道将朝阳门城垣轰崩两丈有余，蜂拥而入。太平门被北军用猛烈炮火击穿，北军冲入城内，分别占领了富贵山和骆驼山；徐宝珍部也由通济门拥入；神策门也被北军攻破。
何海鸣、韩恢、钱通、王宪章、参谋长廖培坤、护卫团1营营长张露、副官石俊卿、都督府办公厅厅长夏裕藩等率部在钟楼、内桥、鸽子桥、花牌楼等处与敌军进行激烈的巷战，但终因敌我力量悬殊，一部由清凉山撤出城外，一部退守雨花台。次日上午，何海鸣、韩恢等率卫队及1师3团、8师29团残部在雨花台同北军进行了最后的一战，伤亡殆尽，队伍溃散。何海鸣同少数亲随潜行至武定桥下，乘小船逃走。