辛亥年十一月初二日，孫中山先生由歐洲返國抵香港，胡漢民、廖仲愷由廣州趕至香港迎候。胡對於當時的革命形勢自有一套看法，因此主張孫中山先生不要北上，留粵主持一切。他的理由是：
「當前的革命形勢，滿清垮台已無問題，可是袁世凱則是革命最大阻力。袁的問題不僅是他本人為一奸雄，加上他還有北洋系的四鎮兵力，這四鎮兵力無疑的乃是當前最富戰鬥力的部隊，所以袁的勢力至少可以達到武漢，甚至湖南，而廣東對北洋軍來說，因為距離較遠，鞭長莫及，自可埋首建立一支反袁的革命部隊。目前姚雨平已組成勁旅，不過人數不多，若有半年時間，簡練民軍，全力擴充，則五六萬精兵不難組成，以此和袁一拼，才有必勝把握。所以先生目前以留粵為上策，因為現在赴上海，必被擁為總統，這個總統沒有能戰的兵卒，一定受制於袁，對革命事業是無補的。」
胡的意見很正確，可是孫中山先生卻更有卓見，孫先生說：
「你只知其一，不知其二，我們革命不是靠堅甲利兵，如果我們不能登高一呼，身入虎穴，那麼人民所仰望於革命志士的是什麼呢？我們如果能以和平收革命全功，則是開世界革命的先河，何必先在家鄉練兵。目前的形勢是急需要一個革命政府以資號召，如能建立一個政府，則滿清必然傾覆，袁世凱也不可能抗拒。我們是革命同志，應該示人以誠，信任別人，不宜先預防他人不服，而一意謀以武力取天下。」
胡漢民、廖仲愷都被孫中山先生偉大抱負和開誠胸襟所感動，胡表示願隨孫先生北上。這時追隨孫先生同赴上海的還有吳敬恆、馬君武、張繼等。十一月初六日，孫中山先生一行抵達吳淞，上海方面革命黨人陳其美、黃興、汪兆銘等均在碼頭歡迎，大家相見狂喜，竟至擁抱跳躍。
孫中山先生抵滬後下榻愛儷園。初七日召集最高幹部會議，出席的有：黃興、胡漢民、汪兆銘、陳其美、宋教仁、張靜江，居正、馬君武等，會商組織臨時政府方案，一致公舉孫中山先生為中華民國臨時大總統。宋教仁主張實行責任內閣制，孫先生認為責任內閣不是中國鼎革時所宜實行的制度，但宋堅持，孫中山先生終於勉強同意，並命宋和張繼等磋商內閣總理人選。張繼主張推宋教仁，宋堅決不肯接受，並提議推黃興。黃初不肯接受，宋乃請居正、田桐、呂天民等再敦勸黃興，黃最後才應允。但此擬案，必須交由南京的各省代表通過，因各省代表原已通過中華民國臨時政府是總統制，而現在卻要改為內閣總理制。
辛亥年十一月初八日黃興、宋教仁專車赴南京，駐丁家花園，晚赴咨議局出席各省代表大會，討論修改臨時政府組織法。可是各省代表多不贊成內閣制，因此表決時還是通過總統制。
初十日17省革命代表開正式選舉會，出席的17省代表名單為：奉天代表吳景濂，直隸代表谷鍾秀，河南代表李搫，山東代表謝鴻燾，山西代表景耀月、李素、劉懋賞，陝西代表張蔚森、馬步雲，江蘇代表袁希洛、陳陶怡，安徽代表許冠堯、王竹懷、趙斌，江西代表林子超、趙士北、王有蘭、愈應麓、湯漪，浙江代表湯爾和、黃群、陳時夏、陳毅、屈映光，福建代表潘祖彝，廣東代表王寵惠、惠憲甫，廣西代表馬君武、章勤士，湖南代表譚人鳳、鄒代蕃、廖名搢，湖北代表馬伯援、王正廷、楊士傑、胡瑛、居正，四川代表蕭湘、周代本，雲南代表呂志伊、張一鵬、段宇清。由浙江代表湯爾和為議長，廣東代表王寵惠為副議長，江蘇代表袁希洛為書記。首由議長湯爾和宣布開會，並報告我國數千年專制政體已告結束，共和政體已經實現，大家熱烈鼓掌。隨後即進行選舉，每省為一票，共17票，開票結果，孫中山先生以16票當選，另一票為黃興。議長遂隆重宣布孫中山先生當選為中華民國首任臨時大總統。大會同時通過，推舉湯爾和、王寵惠至上海恭迎孫中山先生至南京就職。十二日開會，黃興臨時提議以中華民國為紀元，改用陽曆，大會亦一致通過。散會後黃興乃發兩則電報，一致陳其美：「陳都督鑒：今日參議會決議改用陽曆，並以中華民國紀元。明日為中華民國元年正月一日，請公布。」一致《民立報》于右任：「《民立報》於君右任鑒：今日由參議會決議，以明日為中華民國元年正月一日，孫大總統來寧發表臨時政府之組織。」
同時發出通電：「本日在寧開臨時大總統選舉會，到會者十七省。孫中山先生當選為臨時大總統，特此通告。」孫中山先生當選為臨時大總統後，有電給武昌的黎元洪：「武昌舉義，四海雲從，列國輿論，歌誦民軍，無微不至，而尤欽佩公之艱苦卓絕。文於中國革命，雖奔走有年，而此次實行，並無寸力，謬蒙各省代表舉為總統，且感且愧，惟有勉為其難，以副諸公之盛意。武漢為全國之樞紐，公之責任維艱，伏維珍重。」黎亦有複電給孫中山先生：「頃接各省代表會蒸電稱：臨時大總統之任，先生當選，曷勝欣賀！先生識高千古，慮周全球，挽末世之頹風，復唐虞之盛治，使海內重睹漢官威儀，不獨四萬萬同胞之福，即東西各國亦莫不景仰高風，為中華民國慶！專此電賀。中華民國萬歲！中華民國大總統萬歲！」
接著各省代表團也聯名致電黎元洪：「各省代表會於元月二日決議，選舉臨時副總統，即於三日上午十時開選舉臨時副總統大會。我公當選。除通告全國外，並由本會特派員齎各省代表簽名書敬呈鈞鑒！兼表歡迎。」南京臨時政府也致電黎元洪：「今日參議院選舉副總統，經全數投票，舉我公充任，共慶得人，謹為中華民國前途賀。」
辛亥年十一月十三日於是成為中華民國元年1月1日。孫中山先生就在這天率領湯、王兩代表和美籍顧問荷馬李於下午5時專車抵達南京，下榻於寶華盦。提起這個寶華盦倒是一個有名的地方，它是清兩江總督招待外賓的賓館，後來變成了西箭道參謀本部。
孫中山先生抵京後，有人問孫先生說：「您這次回國，帶來了多少餉？多少槍炮？」孫先生笑著回答說：「我空著兩手回來，可是我帶回來國人最需要的東西，就是革命精神。」
民國元年元旦（以下本文全改用陽曆）晚10時，孫中山先生就任臨時大總統，宣告中華民國成立。臨時大總統誓詞曰：
「傾覆滿洲專制政府，鞏固中華民國，圖謀民生幸福。此國民之公意，文實遵之，以忠於國。為眾服務。至專制政府既倒，國內無變亂，民國卓立於世界，為列邦公認，斯時文當解臨時大總統之職，謹以此誓於國民。」
臨時大總統提出內閣名單，仿照美國政府制，不設總理，分作九部，由總統提出各部總長、次長名單如：
陸軍部總長兼參謀總長：黃興，次長：蔣作賓
海軍部總長：黃鐘瑛，次長：湯薌銘
司法部總長：伍廷芳，次長：呂志伊
財政部總長：陳錦濤，次長：王鴻猷
外交部總長：王寵惠，次長：魏宸組
內務部總長：程德全，次長：居正
教育部總長：蔡元培，次長：景耀月
實業部總長：張謇，次長：馬君武
交通部總長：湯壽潛，次長：于右任
總統府秘書長：胡漢民
代表會對國務員名單亦小有修改，原來孫大總統是提名宋教仁長內政，章炳麟長教育，未獲通過。
中華民國臨時政府組成，名單公布，各部總長中僅陸軍、外交、教育三部是同盟會會員，其餘各部總長都是立憲派人士中同情革命者。不過次長几乎全是同志。政府雖告成立，實業部總長張謇、交通部總長湯壽潛均住上海，內務部總長程德全則卧病租界，財政部總長陳錦濤則在上海洽商借款，司法部總長伍廷芳更因在上海主持和議，不克返寧，所以這時的南京政府，實際負責的總長也只是三位革命黨人，就是陸軍部總長黃興、外交部總長王寵惠、教育部總長蔡元培。其餘五部部務均由次長代理。
臨時政府經參議院通過後，孫大總統於1月5日舉行各部委任禮，各部成立的日期則有參差。特表列如下：
機關名稱 成立日期 地點
陸軍部 一月九日 督練公所
海軍部 一月十七日 水師學堂
外交部 一月十一日 原設總統府內，三月二日遷鼓樓前獅子橋
司法部 一月十二日 甲家巷
財政部 一月十七日 舊藩署
內政部 一月十七日 江南政務廳
教育部 一月十九日 交涉署（碑亭巷外務司）
實業部 一月二十三日 勸業道署
交通部 一月二十三日 糧道署
法制局 一月十五日 中協署（今肥侯府）
南京衛戍總督府 一月十四