武昌起義後，湖北軍政府便以「首義」的資格向其他各獨立省份發出籌建全國臨時政府的通電，而上海、江浙都督在兩天後也提出了類似的提議，並電邀各省代表來滬商談。由於革命陣營一下子出現了兩個聲音，上海方面為尊重武昌首功，同意了在武昌會議的通電。
不料各省代表陸續抵達武昌後，袁世凱指揮的北洋軍也已經大兵壓境。10月27日，清廷將督師無功的陸軍大臣蔭昌召回後，袁世凱被任命為欽差大臣前往督辦湖北剿撫事宜，並授予統一指揮前線水陸各軍的大權。
儘管軍權到手，但袁世凱仍舊未置可否，不肯即刻出山。兩天後，山西又爆發起義，宣布獨立，而駐紮灤州的新軍第二十鎮統制張紹曾聯合第二混成協統領藍天蔚聯合電奏清廷，提出「速開國會、改定憲法、組織責任內閣、皇族永遠不得充任內閣總理大臣和國務大臣、國事犯之黨人一律特赦擢用」等12條要求，並公然致電南方的革命黨，表示自己斷不會督師南下與革命軍作戰。
原來，清廷本打算在北方舉行秋操，而一些新軍將領如第六鎮統制吳祿貞、第廿鎮統制張紹曾、第二混成協協統藍天蔚等人卻秘密決議，打算乘秋操時以實彈射擊，先將忠於清廷的禁衛軍擊潰，然後趁勢攻入北京。清廷得知這個消息後，慌忙將秋操計畫取消。武昌起義後，駐灤州的第廿鎮統制張紹曾將運往前線的大批軍火截留，並聯合第三鎮協統盧永祥、第二混成協協統藍天蔚、第卅九協協統伍祿禎等打電報向清政府提出12項要求。
「灤州兵諫」無疑是後院著火，令清廷驚恐萬狀，因為灤州和北京近在咫尺，一旦倒戈，後果不堪設想。在各方面的壓力下，清廷在10月30日以極快的速度頒發了四道諭旨：一是罪己詔，皇上承認自己「用人無方，施治寡術」，並誓行憲政；二是迅速起草憲法；三是取消皇族內閣，親貴不得充任國務大臣；四是赦免戊戌變法以來的所有政治犯。而資政院也不敢怠慢，他們在四天之內便把憲法信條十九條制定上奏，而清廷則在當天就加以頒布，並宣布擇期在太廟宣誓，以資信守。
眼見火候已到，袁世凱也就不再裝腔作勢，他在30日當天便從彰德啟程南下，31日抵達信陽同蔭昌完成交接，11月1日便進駐孝感，正式接管了軍權。蔭昌在同袁世凱交接後如釋重負，隨即便樂顛顛的跑回了北京。
袁世凱的舊部聽說袁世凱已經出山，為迎接老首長的到來，隨後便對漢口發起猛攻，迫使革命軍退出漢口外圍。在隨後的幾天里，北洋軍前敵總指揮馮國璋竟然下令縱火助攻，將原本繁華的漢口燒成一片焦土。在隆隆炮聲和連夜大火中，百姓攜家帶口，狼狽逃竄，情狀極慘。
11月1日，北洋軍攻下漢口，並蓄勢進攻漢陽。就在這天，清廷批准了內閣總理大臣奕劻、協理大臣那桐、徐世昌及國務大臣載澤、載洵、溥倫等人的辭職，並授袁世凱為內閣總理大臣，讓他即行來京，組織完全內閣。
據說，袁世凱接到詔旨後放聲大笑，這三年多來，他總算是出了心中的一口惡氣。不過，袁世凱並不想接受清廷對他的授命，而是等到11月8日資政院按照《憲法信條》正式選舉他為內閣總理後，他才於次日帶著大批的衛隊進京就職。
11月13日，袁世凱到達北京。三天後，由袁世凱組建的新內閣宣布成立，其中民政大臣趙秉鈞、陸軍大臣王士珍等心腹赫然在榜。正當清廷盼望著袁世凱能儘快剿滅武漢的革命軍時，袁世凱卻突然不打了。
在袁世凱看來，當時的局勢已經不僅僅是武漢一地的問題，而是各省分崩離析的大勢；即使能剿滅了武漢的革命軍，但其他省份的革命黨又如何對付？何況，袁世凱心裡也清楚，清廷對他並不信任，一旦渡過難關，自己的命運又將如何呢？如今天賜良機，他也得為自己打算打算。此時的袁世凱已經是百鍊成鋼，精敏老成，他絕不會輕易的聽從清廷的使喚，也不會隨意附和革命黨的意願。他要做的，是憑藉手裡的北洋軍從中操控，一方面利用革命軍來要挾清廷，另一方面又借清廷的勢力來威脅革命軍，連哄帶嚇，既打又拉，將革命軍和清廷玩弄於股掌之間。
據說，當時袁世凱曾給他的幕僚們說過這樣一個故事，他說：「各位，你們知道拔樹的辦法嗎？專用猛力去拔，是無法把樹根拔出來的；過分去扭，樹根一定會斷折。只有一個方法，就是左右搖撼不已，才能把樹根的泥土鬆動，不必用大力就可以一拔而起。清朝是棵大樹，還是兩百多年的老樹，要想拔這棵又大又老的樹木，不是一件容易的事情。鬧革命，都是些年輕人，有力氣卻不懂如何拔樹，鬧君主立憲的人懂得拔樹卻沒有力氣，我今天忽進忽退，就是在搖撼大樹，等到泥土已經鬆動了，大樹不久也就會拔出來的。」
事實上，早在袁世凱復出之前，他與革命軍之間便已經展開接觸，當時黎元洪和黃興都曾經寫信給袁世凱，勸他擁護共和，但由於雙方在國體是「共和」還是「君主立憲」的問題上談不攏，最後只好作罷。回到北京後，袁世凱獨闢蹊徑，他連續三個晚上約見剛剛釋放的同盟會重要成員汪精衛（刺殺攝政王未遂），以間接打開與同盟會接觸的孔道。
在漢口被攻下之後，袁世凱又派出了親信蔡廷干前往武昌與革命黨人進行試探。袁世凱之所以要派出蔡廷干去談判，主要是考慮到蔡廷干曾經是北洋艦隊的魚雷艇管帶，與武昌首義的都督黎元洪曾有同袍之誼，但蔡廷干到了武昌後，因為雙方立場差異太大，仍舊沒有談攏。
由於談判久久不見成效，袁世凱又決定採取軍事行動，以挫敗革命軍的士氣。11月21日，北洋軍向漢陽發起猛攻，儘管革命軍有黃興等人指揮抵禦，但終因為實力相差懸殊，漢陽在26日便宣告易手。
在攻下漢陽後，前軍指揮馮國璋被清廷授予二等男爵。馮國璋在得到電旨後，激動得熱淚盈眶，他對身邊的幕僚大聲說：「想不到我一個窮小子，現在竟然封了爵了！這實在是天恩高厚，我一定要給朝廷出力效勞！」在高興之餘，馮國璋便打算乘勝將武昌一舉拿下，日後也能博得加官進爵、封侯拜相，豈不美哉？於是，馮國璋便派重兵佔住龜山，架起機關大炮轟擊了三天三夜，正當他想發兵渡江時，袁世凱一紙電報發來，命令暫時停戰，這頓時澆了馮國璋一頭冷水。他沒法理解的是，在士氣大振的情況下，為什麼不能徹底拿下革命黨的地盤建立功勛呢？於是馮國璋一邊給袁世凱發電報，說現在「機不可失」、「武昌唾手可得」，一邊又下令繼續炮擊武昌，並無放棄進攻的表示。袁世凱得知後勃然大怒，隨後連發七道電報，嚴令馮國璋立刻停止進攻，隨後又將其調回北京，委派另一名親信段祺瑞為前敵指揮。
袁世凱並不急於武漢的戰事，他當時要做的，是先將那些皇族親貴如載濤和毓朗等人，以「親貴不得預政」的借口從軍咨府等機構中掃地出門；不僅如此，就連攝政王載灃也在袁世凱的壓力下，於12月6日交出印信，退回藩邸。以載灃的能力和性格，他倒不如回家抱孩子來得自在。
在取得壓倒性優勢後，袁世凱又向革命軍大拋橄欖枝。這一次，袁世凱請出他的好友、英國公使朱爾典出面調停，於是交戰雙方再次停戰議和。在載灃辭去監國攝政王后，袁世凱掌握了清廷的軍政大權，隨後他又名正言順的派出議和代表唐紹儀率各省代表南下談判。
唐紹儀原本是選派留學美國的幼童，在清廷中斷留學事宜後返回國內，後來被派往朝鮮，隨後便一直在袁世凱手下任事，並深得袁世凱的信任。南方獨立各省則選出伍廷芳為議和代表，伍廷芳早年曾留學英國，是中國歷史上第一個留洋的法學博士，由他來擔任南方代表，雙方算是旗鼓相當。
12月12日，唐紹儀等人抵達武昌進行談判。在會晤黎元洪的時候，唐紹儀透露了袁世凱也有意贊同共和，不過得經過國民會議決議後方可讓清廷下台。黎元洪得知後，便將消息告知了正齊集南京的各省代表。在同黎元洪取得諒解後，唐紹儀一行人又在革命黨人王正廷、譚人鳳等人的陪同下，乘坐「洞庭」號輪船順江而下，前往上海進行談判。
12月18日，南北雙方代表在上海公共租界議事廳開始正式談判，英、法、德、美、俄、日六國駐上海領事也都作為見證人出席了會議。談判開始後，雙方先就全面停戰問題展開了激烈的爭論，最終達成了一致。
對於政體問題，伍廷芳首先提出，如今全國人民都嚮往共和，因此贊成共和是談判的前提；而唐紹儀錶示，袁世凱並不反對共和，但必須召開國民大會（話雖有理，但實難操作），政體應取決於民意。雙方各持一詞，不肯讓步。
實際上，袁世凱最初是希望保留清室，他認為虛君制下的君主立憲比較適合中國國情（如同英國），這樣既照顧了清廷的面子，又滿足了革命黨的要求，而自己又從中掌握了大權，這是他最希望達成的談判結果。但是，南方代表堅決反對保留清室，他們聲稱，如果能廢除帝制，革命軍可