湖北的教育原来就比较发达，这里有著名的两湖书院。来此求学的青年很多，同盟会中的黄兴、宋教仁都曾在武昌求学，湖北派遣出洋的留学生也较多。发达的交通和教育，使得武汉较早地接受了革命的新思想，海外留学生中的革命宣传也很容易输入。
在武汉，任湖广总督多年的张之洞，对训练新军十分热心。清政府不愿意让外省的官吏拥有重兵，只准许张之洞成立一镇、一混成协，也就是以张彪为统制的第八镇和以黎元洪为统领的第二十一混成协。湖北新军的装备和训练都比较好，它的战斗力仅次于北洋六镇，在南方各省中是最精锐的一支部队。
新军士兵中，读书识字的人占有很大的比重，但家庭一般比较贫穷，加上军队生活的艰苦，军队官长的压迫虐待，因而新军士兵很容易接受革命新思想。他们中的不少人最初是抱着各色各样的动机投入军营的，后来有的人接触了革命思想，便将手中握有的武器作为后来发动起义的基础。有的人则是一开始就具有追求革命的思想，投入军队以后，便在士兵中做宣传联络工作。清政府万万没有料到，他们原来准备用来镇压革命的力量却一大批一大批的转到革命方面来了。武昌起义的主力，正是这批湖北新军。
1911年5月以后，在川汉、粤汉铁路沿线的保路风潮不断扩大的形势下，武汉的革命风潮一直在奔流沸腾着。当时湖北有两个较大的革命团体，一是文学社，另一个是共进会，它们的主要领导人几乎都是孙中山领导的同盟会会员。这两个革命团体一直秘密地在清政府的新军中秘密地宣传革命道理，进行组织活动，新军受到革命宣传的影响很大，倾向革命的士兵越来越多。在一万六千多人的湖北新军中，约有三分之一的新军士兵和一些下级军官加入了这两个革命组织。声势浩大的保路风潮兴起后，同盟会和文学社、共进会中的革命党人，感到革命时机已趋成熟，便准备利用这种形势发动武装起义。
文学社与共进会这两个革命组织，原来各自分散进行革命活动。文学社以及它前身的领导成员，大多是下层知识分子出身的新军士兵，他们长期埋头在新军士兵中从事革命工作，最初以陆军第二十一混成旅的第四十一标为基地，逐步扩展到湖北新军各部，几乎没有中断过。共进会的领导成员，大都是归国的留日学生。他们最初在学堂、会党、新军中都发展革命力量，经过一些波折，后来也集中力量在新军中从事革命活动。由于他们和同盟会本部联系得更加密切，所以1911年春天后在新军中发展得很快，在工程第八营和炮队第八标中的影响更大。
1911年8月下旬，在同盟会中国部总会的推动下，文学社和共进会于武昌举行联合会议，进一步筹划武装起义，并成立了领导起义的统一机构--军事总指挥部，推选出文学社的领导人蒋翊武为湖北革命军总指挥，共进会领导人孙武为参谋长，刘复基、彭楚藩等人为军事筹备员。同时，在汉口设立了政治筹备处，草拟文告，制造旗帜，并负责将来建立革命军政府的工作。
根据原先的议定，起义将于10月6日举行，这一天是农历的中秋节。后来由于准备不足，起义日期只好向后推迟。这时，武汉的空气十分紧张，清廷当局听到传闻，说革命党将在中秋节起事。湖北的清朝官吏颇为震惊，但无法探知实情，只好故作镇静，其实恐惧的心理日甚一日。他们害怕中秋有变，特地下令各标营于农历八月十四日提前过中秋节，所有士兵不准外出，不准过量饮酒，一律在营房休急。并加强戒严，派出军队巡逻。军队的兵器也多收置在楚望台的军械库，令工程营戍守。局势如此险恶，孙武与刘复基等人商量，决定改在10月9日（农历八月十八日）按原定计划举行起义。为加强保密，起义指挥机关的驻地也作了改变。激战前夕的形势真是瞬息万变。10月9日下午，起义的各项准备工作已经就绪，可是，一件意想不到的事情突然发生了。这天中午，孙武在汉口俄租界宝善里制造炸弹，准备起义时使用。下午，一名同志进屋观看配制炸药。
进屋时，嘴里吸着的纸烟未灭，无意中一个火星落在配药的面盆内，立刻引起熊熊大火，发生爆炸。孙武的脸部当即被烈焰烧成重伤。同时，浓烟大起，直透窗外，邻居高呼火警。孙武用一件长衫把面部盖着，由人扶着到德租界的同仁医院治疗。俄租界警察闻讯赶来，在室内发现文件、钞票、旗帜、名册等，知道这里是革命机关，派警察严密监视。这时，军事总指挥蒋翊武在武昌，见起义计划已经泄露，情势紧急，立即发出命令，通知革命党人于当晚十二点起义，以鸣枪炮为信号；各军听到南湖炮声后，立即从原驻地拔队，蒋翊武、刘复基、彭楚藩等人当天晚上一直守候在总部机关等候消息。离午夜12点还差半个小时，楼下突然传来猛烈的敲门声，军警随即破门而入。刘复基知道是清廷当局前来搜捕，挺身而出，站在楼梯口就往下猛掷炸弹，可炸弹没有响，于是军警一拥而上，刘复基等人赤手空拳，全部被捕。蒋翊武因为头拖长辫，身穿长衫，像个乡下的老百姓，没有被看守人员注意，乘机逃脱了。其余的人都立即被押解到督署，等候审讯。
这一来，起义的指挥枢纽便被破坏了。午夜12点，由于南湖炮队接到命令太晚，准备不足，士兵们已经睡熟，没有发炮，各营也无法响应。原定的起义计划便流产了。
清廷当局捕获刘复基等人后，连夜会审。第一个被提审的是彭楚藩。充任审讯员的湖北督练公所总办铁忠，见彭楚藩身穿宪兵制服，问：“你是革命党吗？”
“不错，我是革命党！”彭楚藩响亮地回答。
“你们有多少同党？”
“同胞四万万，你还不知道吗？”
“你们约好几时起事？”彭楚藩大声地说：“就是今天。唉！可惜我没有杀着你们。”彭楚藩第一个被杀害了。接着又提审刘复基。刘复基说：“你们何必东问西问，我既入了你们的虎口，难道还指望活着出去吗？”铁忠便对身旁的武昌知府刘树屏说：“这也不是个好东西，索性结果了他。”刘复基被推出大厅时，见外面挤满了群众，便大声喊道：“同胞们！大家努力啊，只可怜我的受苦受难的同胞啊！”说时，眼泪便不住的流下来。
被提审的还有杨洪胜，他是在给工程营运送炸弹后被清廷发觉被捕的。提审时，他已负重伤，一上堂便骂：“好！只管杀，我只怕你们也有这一日！”
彭、刘、杨三烈士相继就义。到杨洪胜被害时，已是10月10日清晨了。
三烈士就义的消息，传遍武汉三镇。10月I0日这天，城门关闭，军警戒严，如临大敌。总督瑞澂想斩草除根，大肆搜捕，弄得人心惶惶。新军中的革命同志纷纷表示：与其就缚，不如今晚一齐动手，还可死里求生。于是暗中密议，设法联络。工程营的总代表、革命士兵熊秉坤前往第二十九标、三十标，商定当天发难。炮兵八标及其他各标、营的革命党人都跃跃欲动，纷纷进行着秘密的准备。
10日晚上大约7时左右，武昌城内黄土坡新军第八镇工程第八营，已经被发难的紧张气氛笼罩着。点名过后，后队二排的一个排长已经听到风声，先去该排三棚巡查，看到革命士兵金兆龙武装齐备，正在擦步枪，便厉声问道：
“你这么晚了，还武装整齐，又擦步枪，想干什么？”金兆龙毫不畏惧，大声说：“防备！”那个排长大怒，说：“你想造反吗？”说着，就上前扭住金兆龙。
“造反就造反”，金兆龙一跃而起，大喊一声，“此时不动手，等待何时？同志们，反吧！”
革命士兵们一拥而上，开枪打死了这个反动排长。此时，全营吆喝声，玻璃碎片声，长官弹压呵斥声，同时并作，真是人声鼎沸，声震天地。督队官阮荣发、右队队官黄坤荣闻声赶来，一面开枪，一面高呼：“你们均有家小性命，均有父母住在此地，此等事作不得，要家灭九族咧！赶快各回本标，本官决不究其罪责。”
无人理睬他们的嚎叫。熊秉坤从楼上将痰盂、花盆、板凳等物向他们砸去，另外的革命士兵开枪击毙了阮、黄二人。其他官长纷纷逃跑，有的翻墙而逃，有的躲进厕所。
熊秉坤鸣笛集合了四十多人，把清朝政府的肩章撕掉，臂缠白布，与金兆龙一起率领队伍冲出了营房。
就在这紧要时刻，传来一个振奋人心的消息：楚望台军械库已经得手。熊秉坤大喜，局面立刻急转直下了。楚望台是湖北省的总军械库，凡是从外面购买的或汉阳兵工厂生产的武器都放在这里。革命党人当然把这里作为重要夺取目标，清廷官吏也势在必守。这里离工程营驻地只有一千多米，熊秉坤等人在营内发动起义的枪声，立刻就传到军械库。当天守库的左队士兵中的革命党人罗炳顺、马荣等人正准备响应，监视官李克果召集士兵讲话，说道：
“如果有空着手来此抢劫军火的人，你们要抵抗，这里责任重大！”罗炳顺说：“我们没有一粒子弹，用什么来抵抗？”
李克果令军械库主任将库门打开，搬出了两箱子弹，分发给各位兵士。
兵士们得到子弹后，立刻朝空中放了一排枪。李克果等人见势不妙，与工程营左队官佐急忙越墙而逃。
于是，楚望台军械库被革命士兵占领了。熊秉坤率领工程八营的四十余人来到楚望台，与罗炳顺、马荣会合。他们把库门大开，库内储存的军械弹药由革向士兵自由取用。
不久，周定原又率领一队战士到达。熊秉坤集合队伍，以总代表兼大队长的名义发布命令。他说：“本军称为‘湖北革命军’。今夜作战，应以破坏湖北行政机关、完成武昌独立为原则，以清廷的督署为最大目标。今夜的口号为：同心协力。”
这时，武昌城内的步兵、炮兵等各营兵士和革命党人听见枪声，纷纷响应，陆续来到楚望台军械所。距楚望台最近的三十标最先到达，其次是测绘学堂，再后来的是二十九标，四十标也有少数人跑来会战。
熊秉坤命令工程八营的金兆龙等人立即夺取中和门，迎接驻在武昌城南的炮八标进城。炮八标全标均留驻武昌，人数众多，拥有山炮多门，火力强大，声威压人。炮八标进城后，大大改变了武昌城内双方的力量对比，对武昌起义的成功具有关键性的意义。
当晚11时左右，汇聚而来的各路起义士兵共有三千多人。这时，进攻的主要目标集中在湖广总督衙门。起义士兵都明白，如不攻克督署，都要被杀头。大家只有一个信念，一定要在天明以前把总督衙门打下来。
总督衙门位于武昌城内的西南角，两面靠近城墙，一面同第八镇司令部隔街相望，周围全是一丈多高的围墙。正面的巷道狭窄，进攻时兵力难以展开。湖广总督当时所能掌握的兵力大约也有三千余人，这还不包括分布在城内的武装警察和宪兵营、旗兵营，实力与新军起义部队差不多。因此，要攻下总督衙门，并不是容易的事情。
开始，工程八营充当主力，分成两路向总督衙门进攻，由于火力不足，难以向前推进。待到炮八标入城以后，战斗形势有所改变。炮队立即凭借楚望台阵地、蛇山阵地和保安门城上，猛烈轰击督衙和第八镇司令部，炮弹落处，一片哭喊，起义军战斗力明显加强，士气大振。在炮火的掩护下，步兵分成三路：右路由蔡济民率领，中路由马荣率领，左路由熊秉坤率领，分别向督署进攻。
但是，进攻不大顺利，清军的机枪轮番扫射，死死地扼守住阵地，起义士兵倒地受伤的很多。工程营的两个士兵趁着夜黑，伏在地面向前匍匐前进，悄悄摸到敌人的机枪下面，突然狂呼跳起，夺到机枪就转向清军扫射。
这天晚上，正下着小雨，天色漆黑。清军的机枪难以发挥火力，但起义军的炮兵也难以瞄准轰击。蔡济民等人找来衣被，浇上煤油点燃，霎时火焰上升，使督署目标暴露无遗。炮兵利用火光，选择督署的旗杆作为标准点，试射后取得标准距离，即迅速用排炮不停地向督署和第八镇司令部轰击。督署大堂、签押房等处和第八镇司令部的马房，都被炮火轰毁。步兵乘机猛攻，先占领了第八军司令部。
瑞澂见大势已去，赶紧找人在右墙根打开一个洞，带着铁忠和他的家人，仓皇爬出去，躲到停泊在长江上的楚豫号军舰里去了。
张彪仍然带着辎重八营和消防队，凭借望山门城楼作负隅顽抗。这时，督署衙门已是一片火海，清军士气大落，无心恋战。当熊秉坤率领敢死队猛扑过来时，这个平日凶狠的第八镇统制只得率领残兵渡江退守。
激烈的战斗持续了一夜，武昌城内的清政府势力已经基本消灭，起义军终于占领了武昌全城。只见满城的兵士都在臂上缠着白布，威风抖擞地行走在街上，起义军完全控制了武昌的局势。
11日，革向战士又占领了汉阳，并宣告中华民国湖北军政府成立。12日，又攻占了汉口，武汉三镇连成一片。革命，终于在武汉首先取得了胜利！
海外归来
武昌起义的成功，汉阳、汉口的占领，使整个武汉三镇沸腾起来。蛇山上下，黄鹤楼头，江汉关前，龟山脚下，到处是欢呼的人群。长期被封建统治压抑的激情，如火山一样喷发而出，人们像庆祝盛大节日一样，庆贺着武昌起义的胜利。
占领汉阳以后，革命军随即宣布成立湖北军政府。谁来担任新政府的都督？看来，革命党人对此缺乏足够的精神准备。当时，直接领导起义的文学社和共进会的领导者，在起义前有的就受伤或者牺牲，有的被迫逃出武汉。孙中山这时远在海外，黄兴和其他同盟会领导人也分散在香港、上海等地。
起义的士兵和成千上万的群众聚集在弹痕遍地的湖北谘议局前，热烈地期待着新的军政府的产生。
谘议局内，新都督的人选难以决定，起义的指挥者们正在激烈地争论着。有人提出“统领黎元洪现在城内，若合适，可以请他来当。”这一建议，立刻得到在场人的赞同。