當晚的起義計畫遂告流產。清吏連夜審訊,審官鐵忠想開脫彭楚藩,說:「你是憲兵,是捉革命黨的,怎麼也被錯捉來了? 」彭答:「我就是革命黨!」鐵忠再說:「你不是奉命去抓匪徒的嗎?」彭憤答:「我是黃帝子孫,怎麼會接受滿虜的命令!」 他要來紙筆,振筆疾書:「余既從事革命,個人生死,早置度外,請速余死。」彭即被殺,年僅25歲。復提劉復基。劉罵不絕口,就義時連呼「同胞速起」!「還我河山」!死時年28歲。楊宏勝受審時說:「老子革命黨,殺便殺,胡問為?黨羽除汝滿奴外悉是。」鐵忠大怒,命人鞭打,楊挺身直受。推出施刑時厲聲罵道: 「賊虜!殺!快殺!恐奴才不久亦隨老子來也!」死時年26歲。
10月10日晨,張廷輔被捕,劉公寓、同興學社等革命機關相繼被抄,清軍開始按查獲的名冊捕人,被捕人數已達32人。瑞澄通告全城:「此次匪巢破獲,可以安堵一方。須知破案甚早,悖逆早已消亡。」又向清廷發電:「瑞澄不動聲色,一意以鎮定處之」,「俾得弭患於初萌,定亂於俄頃。」
10月10日晚,情況已萬分危急,各標營黨人集議,決定立即動手。7時許,城外火起。混成協第二十一營輜重隊、工程隊和炮隊起義,向城內進發。城內工程第八營排長陶啟勝發現士兵金兆龍臂纏白中,吼道:「你要造反?」金答:「老子就造反,你將怎樣!」陶與金扭打。金大喊:「同志們快動手,還等什麼? 」士兵程定國用槍托擊陶頭部,陶逃,程舉槍射擊,熊炳坤亦對陶打槍,這時全營轟動,代理管帶阮榮發等堵住樓梯門,一面放槍,一面大呼:「此等事做不得,要滅九族的!」被士兵呂中秋、徐少斌擊斃。熊秉坤鳴笛集合,扑向楚望臺軍械庫。
楚望臺監守官李克果分發子彈準備抵抗,士兵們得子彈後,立即響應起義。李克果大驚,越牆逃走。熊秉坤即宣布起義部隊為湖北革命軍,佈置進攻總督署,並舉吳兆麟為革命軍臨時總指揮。此時各標營見火光聞槍聲,紛紛起而響應。二十九標排長蔡濟民率兵首先衝出營門,喊:「打旗人!」測繪學堂學生李翊東挺身高呼:「同學們,不要怕,今晚是革命黨舉事,我就是革命黨。願意革命的跟我到楚望臺去領取槍彈!」
四十一標和三十一標留守共300多人。黎元洪令嚴防士兵起事。一個外營的士兵來通知起義,黎元洪立殺之。士兵鄒玉溪欲出門響應,被黎元洪手刃。這時蛇山炮響,黎元洪大懼潛逃,四十一標方參加起義。
清軍駐武昌城內外的兵力約20個營,共9000多人,相繼起義的達三四千人。革命軍向督署連續發起三次進攻。第三次進攻時,革命軍放火燒房,為炮兵照明,起義的炮隊八標以13門大炮猛轟。起義軍又奪取了機槍陣地,倒轉槍把猛射,佔領八鎮司令部。瑞微在圍牆上打洞鑽出督暑,奔江邊楚豫兵艦逃命。熊秉坤卒敢死隊沖東轅門,士兵相繼冒彈雨抱煤油罐縱火。經一夜血戰,到東方黎明時佔領督暑,武昌全城克復。滿城都是臂纏白巾的革命軍,一面醒目的鐵血十八星大旗,在黃鶴樓頭迎風招展。
10月11日上午,槍聲停息,革命黨人聚集商建軍政機構,欲推一德高望重、為全國所知的人為領袖。他們找議長湯化龍,湯說:「革命事業,鄙人素表贊成,」但「此時正是軍事時代,兄弟非軍人,不知用兵」。於是改推黎元洪。黎元洪已換上便衣,躲藏在部下劉文吉家裡。找到他時,他嚇得渾身打顫。被脅持送到咨議局,與會諸人鼓掌歡呼。這時,當告知要他出任都督時,黎面色慘白,大喊:「我不能勝任,休要害我!」胡瑞霖、吳兆麟、張振武、蔡濟民等軟硬兼施,黎仍堅拒不肯,滿座嘩然。他們要黎元洪在一份安民告示上簽字。黎瑟縮不簽,李翊東大怒,舉槍對黎說: 「再不答應,我就槍斃你!」後來乾脆拿起筆簽了一個「黎」字,說:「我代簽了,看你還能否認不成!」於是《中華民國軍政府鄂軍都督黎佈告》,貼遍全城。
當天下午還推舉了各種職事人員。湯化龍被任命為總參議。其他如參謀部、民政部、交通部、外交部、庶務部、書記部、軍需部等,也都紛紛成立。革命黨人蔡濟民、吳兆麟、胡鍈等15人組織謀略處,於11日晚開始辦公,作出決定:(1)湖北革命領導機關定名為中華民國軍政府湖北都督府,設於諮議局;(2)稱中國為中華民國;(3)以本年為黃帝紀元四千六百零九年;(4)都督暫用黎元洪名義,佈告地方及通電全國;(5)革命軍旗為十八星旗。
10月12日晨6時,武昌電訊已恢復。革命黨人用黎元洪的名義促居正、黃興、宋教仁等人來鄂;並請轉電孫中山從速回國主持大計;同時通電全國,告以武昌光復,請即同時響應。
黎元洪像木偶一樣,不言不語,不吃不喝,盤膝閉目。後來聽說武漢三鎮全部克復,民眾踴躍參軍,方始轉變態度,12日,蔣翊武、蔡濟民勸黎剪去髮辮,黎同意。蔡撫黎剪後之頭笑說: 「都督好像個羅漢。」黎說:「有點像彌勒佛。」13日下午,黎元洪當眾宣布:「我前天未決心,昨天也未決心,今日上午還未決心,這時是已決心了,無論如何我總算是軍政府的人了,成敗利鈍,死生以之。」次日,居正自上海來,接受了湯
化龍等人起草、經黎元洪同意的《軍政府暫行條例》,取消了革命黨人組成的謀略處。在4個部隊和7個局長中只有孫武一人是革命黨人,革命黨人不滿,於是再作修改,廢除政事部,文書局改稱軍政府秘書處,其他6局一律改部。黨人力量得到增強。
15日,軍政府以「鄂軍都督黎」的名義發出佈告,宣布「將湖北境內一切惡稅先行豁免」,規定:除鹽、酒、糖、土膏(即鴉片)各稅捐外,所有統捐局卡,一律永遠裁撤;除海關外,所有稅關,一律永遠裁撤:本年下忙丁漕,概行?免;歷年積欠丁漕,概行?免;各屬雜捐,除力地方所用者外,概行豁免。
16日,軍政府頒布了《中華民國鄂州約法》,規定:人民一律平等;允許人民有各種民主、自由權利,如言論、出版、通訊、信教、居住、營業、保有財產、保有身體、保有家宅等;規定人民有選舉和被選舉的權利。對於政府組織、都督與議會的許可權和職責也作了明確的規定。這是中國第一部具有憲法性質的法令。
軍政府議定,薪金分為三類:軍官及各部一切辦事人員,一律對於軍政府盡義務;一般職員,無論大小員司,一律月支夫馬津貼費20元,兵士每月支10元,下級官佐每月12元。黎元洪見民氣振奮,感慨而言:「兵丁各自為戰,雖無指揮,亦各奮力突進,漢族同胞,徒手助戰,持刀協擊,」「甚有婦孺送麵包茶水入陣。此情此景,言之令人奮武」。
16日,胡瑞霖勸黎元洪登壇誓師,得到同意。17日,黎元洪全身軍服,腰懸軍刀,威武地被擁護登臺。台上放著黃帝牌位,劍、旗分立兩側。由譚人鳳授旗、授劍,居正宣講革命意義,黎元洪宣誓,由舒禮鑒起草的《祭告天地文》說:「元洪投袂而起,以承天麻,以數十年群力呼號,流血所不得者,得於一旦,此豈人力能及哉!」黎元洪頓成「開國元勛」。閱馬場上,「歡聲雷動」。」兵士對都督之愛戴,亦大有加」。