武昌起義原本因為四川保路運動而引起，因為四川局勢在辛亥年的九月間一直無好轉的跡象，於是清廷調派湖北新軍入川，這卻又為準備已久的起義拉響了導火索。
湖北有兩個革命團體，一個是共進會，一個是文學社。共進會是同盟會分化而來的外圍組織，由長江中游數省的同盟會員如湖北的孫武、湖南的焦達峰、江西的鄧文翚等人組成。共進會自稱是同盟會的「行動隊」，他們主要聯絡會黨與新軍，準備在長江中游伺機起事。
當時湖北新軍中也有一個類似的革命團體，這便是文學社。文學社和文學關係不大，它其實是革命黨在新軍士兵中發展出來的一個組織，原名群治學社，後來改為振武學社，由於活動被發現，最後改名為文學社，以掩人耳目。文學社以蔣翊武、劉復基等人為骨幹力量，他們在湖北新軍中發展了上千人，比共進會還要多一倍。在起義前，這兩個組織所能影響到的力量已經佔到了湖北新軍的近三分之一，革命條件非常有利。
四川保路運動爆發後，共進會和文學社決定進行合作，共舉大事。正當他們周密部署的時候，清廷命湖北新軍入川的消息傳來，共進會和文學社開會後決定提前舉行起義，時間就定在10月6日（也就是農曆中秋節）那天。會上，文學社的蔣翊武被推為軍事總指揮，共進會的孫武則被推為軍務部長。
會議過後，「八月十五殺韃子」的消息在當地不脛而走，當地一份小報甚至公然宣稱革命黨要在中秋起事（倒不是消息泄露，而是當時謠言遍天飛，小道消息雖然不準，但也能偶爾得中）。消息傳開後，湖廣總督瑞澂十分驚恐，他深知革命黨勢力早已深入新軍內部，於是他以調防為名，將他認為有問題的新軍分調各處，以拆散革命黨在部隊中的組織關係。
在中秋前的幾天，瑞澂更是緊張不安，他特意召集文官知縣以上、武官隊長以上參加防務會議，要求軍隊提前過中秋節，節日期間則實行戒嚴，士兵不得外出，子彈一律入庫。
八月十五中秋節的晚上，武昌城內桂花飄香，皎月懸空，此時非但沒有想像中的喧囂和暴動，反而顯得格外的寧靜與安詳。原來，湖南革命黨人焦達峰在9月28日發來電報，聲稱準備不足，請求延緩十日起義；另外，由於軍隊調防，起義指揮系統等需要臨時調整，於是孫武等人便決定將起義日期推遲十日，即在10月16日發動起義。
在過完了一個緊張的中秋節後，湖廣總督瑞澂懸起的一顆心剛剛放下，但幾天後漢口租界的一聲爆炸，立刻又掀起了波瀾。
10月9日下午，孫武、劉公等人在租界寶善里安裝炸彈、籌劃準備工作時，劉公的弟弟劉同進來，由於大家彼此熟識，孫武等人也並未在意。在其他人工作的時候，劉同漫不經心的在一旁抽煙，不慎將紙煙火屑彈入火藥中，結果引發了劇烈爆炸。
爆炸發生後，屋內頓時烈火熊熊、濃煙滾滾，孫武臉部當場被燒成重傷，後被同伴送往醫院救治。正忙亂間，俄租界巡捕聞訊趕來，將尚未撤離的劉同等人抓獲，並查抄了室內為起義準備的旗幟、文告和革命黨人花名冊等重要文件。隨後，俄租界巡警便將劉同等人和查獲物品一同移交給湖北當局。
革命黨要造反，這在當時可是個大案子。緊接著，瑞澂一聲令下，武漢全城戒嚴，軍警四齣，按照花名冊大肆搜捕革命黨人。在這危急時刻，被調防岳州的蔣翊武匆匆趕回了武昌，他立刻召集劉復基、彭楚藩等人在武昌小朝街85號緊急開會，商議對策。在會上，大家一致同意立即舉行起義。當天下午，蔣翊武便簽發起義命令，令各起義部隊當晚十二點以南湖炮隊鳴炮為號，城內外同時舉義。
但不幸的是，由於城內戒備森嚴，起義命令並沒有及時的送到南湖炮隊。午夜十二點到了，大家仰望星空，但期待已久的那一聲炮聲始終沒有打響。在大家焦急等待的時候，軍警們已經搜查到小朝街85號，蔣翊武僥倖逃脫，而劉復基、彭楚藩、楊宏勝等十來個人被堵了個嚴嚴實實。在抓到這些重要黨人後，瑞澂下令連夜突審，隨後，劉復基、彭楚藩、楊宏勝三人在凌晨便被害於督署東轅門。
10月10日上午，軍警們依舊在大街小巷四處搜查，革命黨人的據點相繼被抄，隨後又有三十多名革命黨人陸續被捕。這時的湖廣總督瑞澂自以為大案告破，局勢已定，他得意地電告朝廷請功，說「傳革命黨有撲攻督署之謠，瑞澂不為所動，一意鎮定處之。張彪、鐵忠等各員，無不忠誠奮發，俾得弭患於初萌，定亂於俄頃。」
可惜的是，瑞澂高興得太早了。就在當晚，城內突然一聲槍響，原本寧靜的夜晚頓時被劃破——槍聲來自於城內紫陽橋南的工程第八營。在得知劉復基等領導人遇害、革命黨人相繼被抓後，第八營的起義召集人熊秉坤心急如焚，最後決定不再等待那南湖的炮聲，而是約集同營的革命士兵當晚立即起事，不再拖延。
就這樣，在革命黨領導人缺位和指揮系統完全被破壞的情況下，那些革命士兵站了出來，他們主動承擔了發動起義的責任。就在當晚七點過後，工程營中的排長陶啟勝查棚時發現士兵金兆龍臂纏白巾，手持步槍，似有枕戈待旦之勢。陶排長一向責任心很強，他立刻懷疑金兆龍圖謀不軌，意圖造反，上前要繳他的槍，於是兩人扭打了起來。
在兩人揪斗間，金兆龍大呼：「同志動手！」同棚的士兵程定國聞聲趕來相助，並用槍擊傷陶排長的腰部。這便是武昌起義的第一槍，也是辛亥革命的第一槍。這一槍，宣告大清王朝的即將落幕……從偶然性的角度來說，陶排長可能萬萬沒有想到，這兩百六十多年的大清王朝居然被他這個小排長的貿然行動給葬送了。
陶排長被擊傷後負痛逃走且不說了。槍聲一響，起義召集人熊秉坤以最快的速度趕到，他當機立斷，宣布立刻發動起義。在熊秉坤的召集下，革命士兵迅速行動。營中的督隊官阮榮發、右隊官黃坤榮和排長張文瀾等人見勢不妙，慌忙出營阻攔，士兵們嚷嚷道：「各位長官，跟我們一塊革命罷，同去同去！」
可憐阮、黃等人還沒有摸清當時的形勢……這都什麼時候了，居然還敢大聲喝阻，結果話還沒有說完，槍彈已鑽入了他們的胸膛。隨後，革命士兵們衝出營外，凡阻擋的一律請他吃槍子。
由於彈藥缺乏，熊秉坤隨即率領士兵們奔往楚望台軍械所。到了那邊後，還有數十個旗兵攔阻，不料軍械所里也有革命士兵，他們聽到動靜后里應外合，一陣排槍便將旗兵們打得無影無蹤。於是士兵們打開軍械所，迅速分發武器彈藥。
當時趕到楚望台的革命士兵大約有400多人，由於熊秉坤軍階太低（相當於副班長），難以服眾也不懂指揮，於是他順應了士兵們的要求，公推隊官（相當於連長）吳兆麟來充當臨時總指揮。吳兆麟原本是日知會會員（早期的一個革命團體，後被破壞），他做事幹練，有一定的指揮能力。吳兆麟受命後，一邊命令加強楚望台一帶的警戒，一邊派人與城內外其他革命部隊聯繫，以便統一行動。
夜漸深沉，形勢正向著革命黨人的一邊發展。幾乎在陶排長被槍擊的同時，武昌城外的塘角也突然燃起了熊熊大火。原來，和熊秉坤等人一樣，駐守在城外塘角的混成協輜重營士兵也相約當晚發動起義，在晚上七點後，革命士兵李鵬升等人用洋油燈點燃了堆積的馬草，宣布起義。
熊熊的大火，清脆的槍聲，駐守武昌的新軍各兵營立刻沸騰了，革命士兵們紛紛衝出營房，他們本能地向槍械所、炮台、制高點衝去。當時的19標（相當於團）、30標離最早發難的工程營最近，革命士兵們聽到槍聲後便在代表蔡濟民、彭紀麟率領下，直奔楚望台。臨近的測繪學堂學員聽到槍聲後，也迅速整隊奔赴楚望台；加上駐紮左旗營房的第31標和第41標的部分士兵，楚望台已經成為當時革命的制高點。
在城外塘角的大火燃起之後，輜重營、工程隊和炮隊11營的士兵紛紛響應，他們一邊迅速進城攻佔了鳳凰山高地，另外還派了一些士兵循著槍聲前往楚望台接應。同時，城南的南湖炮隊第8標宣布起義，他們在工程營的接應下順利進城，並迅速佔領楚望台和蛇山等處高地，布置炮陣。南湖炮隊舉義以後，附近的第32標和馬隊第8標也響應革命，他們紛紛彙集到楚望台、蛇山、鳳凰山等地，展開軍事行動。
新軍士兵的起義可不同於孫中山和黃興那些人組織的會黨及學生起事，他們都是久經軍事訓練的專業人士，一旦動作起來，那可就是非同小可了。當時參加起義的革命軍已經近四千人，而尚未起義的清軍兵力也不過五千人。更重要的是，革命軍集中兵力，而能與之對抗的只有守衛督署及其附近的第8鎮司令部約兩千清兵。因此，無論是人數上還是士氣上，革命軍都佔據優勢。
當晚十一點後，革命軍在蛇山炮兵的有力支援下，向總督署連續發起了三次猛烈的進攻，最終在凌晨兩點攻佔了第八鎮司令部。湖廣總督瑞澂見勢不妙，慌忙帶領衛隊逃往