震驚中外的黃花崗起義和四川等省的保路運動，激起了資產階級民主革命潮流的高漲。1911年9月24日，早就在湖北軍學界積蓄了革命力量的文學社和湖北共進會，正式聯合成立了起義的臨時總指揮部，推蔣翊武為總指揮，孫武為參謀長，並擬定了起義的詳細計畫，決定在10月6日中秋節起義。但由於時間緊迫，推遲到11日發動。
始料未及的是，10月9日，孫武在漢口寶善里14號機關檢試炸彈時不慎引起爆炸而受傷，被抬入醫院。機關內所有印章、旗幟、名冊、布告和預製的「中華銀行」鈔票都被搜走，由俄國巡捕送給了清政府。鄧玉麟聞訊趕至醫院，問孫武有何應急計畫，孫武說：「寶善里失事，機密全泄，名冊抄去，清吏必按名搜捕。只有馬上動手，還可死裡求生。」並要鄧速去武昌小朝街85號軍事指揮部，敦促立即行動。10月9日晚，湖北當局派出軍警，破獲武昌小朝街85號機關及其他秘密機關多處，逮捕起義骨幹分子劉復基、彭楚藩、楊洪勝等30多人，蔣翊武乘混亂逃走。
10月10日早晨，彭楚藩、劉復基、楊洪勝三志士在湖廣總督署英勇就義的消息傳開，軍警的搜捕仍在緊張進行。許多革命黨人和發動起來的新軍士兵自忖生死存亡在此一舉，與其坐以待斃，不如拚死求生。起義如箭在弦上，一觸即發。晚7時許，駐中和門內第八鎮所屬工程兵第八營營房裡首先發生士兵嘩變，佐被擊斃。該營黨人總代表、新軍後隊正目（相當於班長）熊秉坤見狀率數十名起義士兵奔向中和門附近的楚望台軍械庫，在本營駐防軍械庫士兵的策應下，佔領了軍械庫，並打開了庫門。起義部隊得到軍火，士氣大振。這時，聚集在楚望台的起義士兵有300多人。由於孫武負傷住院，蔣翊武在軍警搜捕時脫逃，其他起義領導人或殉難或彼捕，現場群龍無首，無法統一指揮。在場職位最高的熊秉坤以總代表的身份負責現場指揮，儘力穩住軍心。這時，有士兵建議，把起義時躲避起來的左隊隊官（相當於連長）吳兆麟找來當總指揮。熊秉坤胸懷全局，考慮自己職卑位低，恐難左右局勢，會給起義帶來不良後果，於是欣然順應士兵要求，推舉吳兆麟當臨時總指揮。吳兆麟原是日知會會員，後來沒有參加任何革命組織，但有一定的指揮能力。他不負眾望，立即命令一部分兵力加強楚望台一帶的警戒，同時，派人與城內外其他革命部隊聯繫。城內外得知事起的革命部隊紛紛向楚望台集結。
在各起義部隊向楚望台集結的同時，吳兆麟、熊秉坤已率起義部隊向湖廣總督署發起進攻。戰鬥進行得很艱苦，起義軍不克而返。南湖炮隊入城，楚望台、蛇山等處的炮擊開始以後，戰局出現轉機。新軍各標、營更多的士兵起義響應，而營以上軍官見勢不妙，絕大多數保命離營。起義軍經過3次進攻，終於在炮隊的密切配合下，於天明前攻克廣總督署及第八鎮司令部。第八鎮統制兼防營提督張彪在司令部被攻克前逃往漢口。隨後，起義軍所向披靡，藩台衙門很快也被起義軍佔領。
經過一夜鏖戰，到10月11日上午，武昌全城光復。九角十八星革命軍旗幟在武昌城頭上高高飄揚。次日，起義軍收復漢口和漢陽，武漢三鎮全在革命軍掌握之中了。
武昌起義勝利後，革命軍於1911年10月11日建立了中國歷史上第一個資產階級性質的地方革命政權——中華民國湖北軍政府。武昌起義不到兩個月，全國響應。至11月底，湖南、陝西、江西、山西、雲南、上海、浙江、江蘇、貴州、安徽、廣西、福建、廣東、四川14個省區先後宣布獨立，脫離清朝，建立了軍政府，形成全國規模的辛亥革命運動。清王朝在全國革命的打擊下，很快土崩瓦解。