十二月十日，孙先生经过哥伦坡，一直西行到美洲。这一次孙先生原定计划是先到英国，办理特别外交问题，但后来因为预计南洋十万元筹款，恐怕一时不能足数，有误大事，因此虽是变更了他过去航行的惯例，就是不横渡太平洋而过地中海，经过欧洲：但到了哥伦坡，停泊几小时后，又继续前进到美洲去了。
美洲华侨不久以前，在孙先生宣传训导之下，对于革命的热诚，特别显著。并且当孙先生未出发前，也曾几次致函劝募款项说：“此十万元不过一安全冒险之问题，非了不起之问题也。今内地同志已有决死之心，亦何暇计其安险，但念海外同志，必不忍内地同志之冒险，而不一援手，以拯之于安全之地位。故欲各尽所能，以相有济。”美洲同志读了这封信，都很感动，已由陈耀垣、冯自由、黄芸苏等负责开始募劝，各同志都很踊跃输捐。
孙先生于纪元前一年（1911年）一月二日到温哥华，党人约洪门人士及其他团体，都到码头上热烈欢迎。第二日，致公堂开台演戏（洪门称举行加盟仪式日演戏），孙先生担任主盟，并演讲洪门历史及宗旨，华侨人闱者三百余人。又在华人大戏院逐日演讲革命之利害得失是非等种种问题，每日前往听讲的都在千人以上。孙先生看到这情形，知道人心可用，于是提议创设革命救国筹饷局，温哥华致公堂首捐港银一万元，这成绩比南洋进步多了。
这时克强、赵声、汉民等，已先后回到香港，长江各省及闽、桂、日本各同志，亦已纷纷赶来，于是成立统筹部，由克强、赵声负统筹全责。他们因为工作正在开展，需要款项，也很迫切，一再向孙先生请示。孙先生因此又到域多利筹款。这次筹款又变了一个新方式，向一般散仔（洪门称普通会员曰散仔）宣导变产救国。因为洪门会员，大都为劳工，如果向每一个人去劝募，不但旷费时日，并且无法应付急需。域多利致公堂会所，是由各个会员捐资建筑的，因此提出这个变卖助饷的办法。孙先生在洪门欢迎宴上，就提出这意见，并且大声疾呼地告诉他们，反清复汉的机会已经到了，这正是我们舍私从公、为国尽责的最好机会。各散仔大为感动，于是召集全体大会，一致通过把会所楼房向银行抵押香港银三万元，充作革命军饷。这是一件惊人的事情。各埠致公堂听到这消息，都很振奋。不久，都郎杜致公堂也跟着变卖他们会所，得香港币一万元。加拿大筹款的成绩，到这时可算十分圆美。热望着发动革命的香港同志，得着孙先生在海外不断地鼓励和源源地接济巨款，在历史上是最有名的一次革命运动，就逐幕展开了。
克强等在香港组织统筹机关以后，其他分机关和各省机关，也先后成立，即于一月初六日派谭人凤携款二千元到湖南湖北，联络居正、孙武等，筹划湖北的军事，这是预先播下了以后武汉起义的一颗极重要的种子。陈英士、郑赞臣等也在上海设立办事机关。方君璞、曾醒等在香港、桂林一带活动，促成在广西的军人如方声涛、刘建藩、何叙甫等参加这次革命战事。
广州的秘密机关，也开始暗中设立，为了租赁房屋必须有眷属同居，许多热情的女同志，就慨然冒充了他们的家眷和女佣仆妪，大门上因此公然标明“某公馆”。他们在这样掩护之下，积极地展开了很多工作。有时还要假名娶嫁，许多军械就在这肩抬担挑的一件件礼物中暗藏着，蒙骗了军警，一批批送进省城来了。
关于军事的进行，克强等遵照孙先生在庇能的指示，以军界为主力，由姚雨平等担任联络新军防营的工作。新军下级军官的联络，由陆军速成学校的毕业生担任，但防营自举办清乡以后，不常驻在广州，因此仍以新军为主干。可是新军自去年举义失败以后，满清官吏对他们监视得非常严密，所有子弹，仅够操演时的需用，孙先生早已料到这一点，因此在庇能会议时，主张成立五百个敢死先锋队，先在城内发难，占领军械局，夺取枪械，免得临时发生问题。现在克强等人为了实际的需要，敢死队的组织，把预定的名额扩充到八百人，派邓明德运动督署卫队，叶挺芬运动督署号房，敢死队的组织，非常严密，是这次起义的基本武力。
民军方面，早经朱执信和胡毅生联络就绪。各地方也都派定负责同志，如番禺有李福林等；南海有陆领等；三水有陆闽清等：顺德有谭义等。惠州位于省城上游，形势最为重要，也派罗炽扬等主持一切。至于海军、警察和其他各方面，也有严密的联络。
各方面的部署，已经相当就绪，于是三月十日统筹部在香港跑马地三十五号机关部内，举行发难会议，议决分为十路进攻，由克强、赵声、徐继扬、陈炯明、姚雨平等分头率领各省及华侨同志所组织的八百敢死队，向总督署、水师行台、督练公所、军械局等目标进攻。并占领南大门，小北门及龙王庙高地等重要地方。关于炮台和电信局的破坏，也派定同志负责。此外又派放火委员，在旗界各重要地方，租了九个房子，准备临时放火，扰乱敌心。另伏一队于珠光里为据守南门的应援队。
机关部正在热烈地讨论发难计划，在同一时间，温生才在广州，乘驻防将军孚琦到燕塘参观飞机的时候，突然把他枪杀了，顿时引起了一个严重的局面。当时克强等筹议发难的计划为要消除阻力，本来也想先实行暗杀，第一个目标是水师提督李准，因为这是满清将领中最枭鸷的一个，其次便是孚琦。统筹部原派冯忆汉担任这个工作，他因为胆子小，不敢去，又改派卢性正担任，卢正在广州布置，还没有什么就诸，温生才却早已举起手枪向这第二标打击了。他事前没有和统筹部取得联络，在整个的发难计划上，不免受影响，但他的革命精神，最值得敬佩的。
孙先生对于温生才，也曾一再称道，对他这次经过说得很详细。孙先生说：“从前温生才在南洋做生意，有一次听了我讲话之后，便不做生意，回到广州。当时驻防广州的清兵，每年在瘦狗岭会操一次。温生才有一天在东门外，遇见满洲将军孚琦在瘦狗岭看操回来（按系赴燕塘看飞机演习），他看见了孚琦的轿，便问是谁，旁人说是满洲将军孚琦，他便拦住孚琦的轿，用手枪把孚琦打死。温生才因为要排满，杀了满人孚琦，目的已经达到，便非常的高兴。所以巡警把他拿到了之后，他还是大笑，并说我的本事，只能够拼一个满人，现在达到了目的，万事都已完结，你们要怎么样便怎么样。”（民国十三年二月二十三日对湘军演说）。在另一次演讲中，孙先生又很肯定地说：像这样视死如归的原因，便是由于温生才信道笃，所以舍身成仁。（民国十二年十二月二日欢宴各将领演说）我们在另一方面说，也可看出孙先生人格的感召力的伟大。在每次革命运动中，许多仁人志士的舍身赴义，牺牲奋斗，没有一个不是受了孙先生伟大人格的感召而来的，像温生才听了一次讲话，就奋起杀敌，便是一个最显著的例子。
孚琦被温生才枪杀以后，省城和香港更紧张起来，满清官吏格外戒备。侦骑四出，按户盘查，旗界方面，更特别紧张，党人租用的放火机关，已经有几处被清吏发现嫌疑，因此搬动了四处。原定发难时间是三月十五日，现在情形变更紧急了，非等到省会戒备松弛，决难下手。
在这期间，还有两个很重要的原因，使发难的时间，不能不延迟的：一是款项，一是军械。款项方面，预定美洲之款，还没有到齐，荷属亦仅汇来一部分，这两方面的款子，必须在二十日以后，才可全部送来。关于军械的筹划，原来也分为日本、安南、暹罗和香港等数路，派定负责同志，分别购运。那时也没有全数运到，并且更有误事的同志，如派定担任日本运枪的周苏来就是一个。孙先生曾经说起这件事情，很为痛心，他说：“那位买枪的同志，在日本把枪买好了，已经运到船上，正在长崎开船的时候，忽然接到黄克强的一封电报，说香港戒严，要他小心。他沿途便把那些枪支，三支一次，五支一次，秘密地运到船边，投入海内。”到香港之后，黄克强问他买的枪呢？他说：“你要我仔细，香港是戒严的，所以我不带到香港来，在路上便已经投入海内了。”（民国十二年十二月欢宴各将领演说）。这个周苏来顾命重于顾责任，全无革命党人的人格，耽误了这次革命事业，真是可恨。
但事情的曲折，还不仅止此。当时起义的计划，是以新军为骨干，偏偏这时有两标新军将于四月初旬退伍，这样一来，发动的时期，至迟亦只尽三月底，否则就要全部失败。在另一方面，因为党人在南洋活动筹款，不免透露了风声，那些效忠满清政府的汉奸——保皇党，早已密告粤督张鸣岐，同时满清政府亦电令粤吏严防，这又是使发难不能进行的一种困难。党人在这缓急两难的形势下，策划革命的工作，艰苦的情形可以想见。
广州机关部的同志，经过几次筹划，便决定了二十八日为发难的时期。二十五日，克强从香港赶来，准备主持大计。他因为预计日本和安南两方面一批军械，二十八日才能到达，到后尚需分配，于是主张展缓一日，改定二十九日为发难时期。这是不能迟延的一天了，因为各路的决死队，已齐集广州，若过于迟缓，非但四月初有新军退伍，即机关亦将败露，经费支持，也有困难，在缓急两难之间，是最适当的一天了。
发难的时期，已经决定。其他留在香港的党人，原定二十七二十八两日全部赶来，克强因为风声过紧，要他们暂时不来，已经到省的同志，也暂时解散，以避军目，并且也有回港的。二十六日晚上，汉民在香港接到克强这样一个电报：“省城疫发，儿女勿回家。”就是要他们不要马上进省的隐语，大家看了都相顾失色。有的同志，阻抑不住革命的情绪，还是自动地跑到广州来了。
二十七日，张鸣岐突然把巡防二警，开回了省城，以三哨助守龙王庙高地。接着又一个紧张的消息，就是新军二标的枪械，已经被张鸣岐没收去了。满清官吏这样有计划的戒备，很使党人怀疑有走漏机密的可能。当时有人疑心陈镜波已经充当了敌人的侦探，因此都很气愤，主张改期。陈炯明及赵声的代表宋玉琳就这样主张的。但也有主张维持原定计划的，不免意见分歧。克强看到各部所为如此，非常痛心。他决定一个人去和李准死拼，以谢孙先生和海外同志。一面立刻命令各部退却，免被搜捕，于是赵声率领的一部分同志，先回香港，其他各部陆续退出省城的有三百多人。克强在机关部里把这许多同志遣散了以后，正在百感交集、绕室彷徨的时候，林时塽、喻培伦忽然匆匆地走进来，他们说：“刚才得到警察界的四川同志报告：满清官吏立刻要搜查户口了，形势非常紧迫，万不可改期，应该先发制人，以图自救。”克强听了这个紧急报告，非常兴奋，立刻下了决心，准备集合三四十人攻袭督署，因此又电香港同志说：“母病稍痊，须购通草来。”这就是要港中同志携枪支，全到省城发难的隐语。
二十八日，张鸣岐又加派军警守防军械局，并分头搜查党人，有几处秘密机关，已被破获，十几个党人，也被捕去。到二十九日，形势更紧张，谢恩里的总粮台也被破获。克强这一连接到这许多情报，非常着急。这时福建、湖南的同志，安南华侨同志，已经从早上起齐集在小东门克强的寓所，听候命令，下午三时，附近的一个机关，也被围搜，并且捕去了八个党人。克强知道事情已到最后紧急的关头，立刻准备发动。正在束装待发的时候，朱执信因为别的事情到这里，他看到这情形，就把他的长衫下截剪去，也加入敢死队。一位须发苍白的老先生谭人凤，也正从香港赶来，看见克强正在携枪实弹，他将香港的情形报告以后，主张再缓一天动手，克强急得顿足说：
“老先生！请你不要扰乱我的军心！”谭老先生听了克强这样坚决的话，也很感动，就向克强要一支枪。
“先生！你老了！我们的后事，还要人来办理，这是敢死队，你不能参加的。”克强很婉转地拒绝他。
“你们敢死，难道我就怕死了吗？”谭老先生不肯示弱。他气愤地说。克强无法应付，只得给了他两支枪，他却误触枪机，砰的一声响起来，克强就把枪夺过来。说道：
“先生，不行！不行！”谭老先生这才没有话说了，只得把枪交回克强。
发难的时候就到了，从前议定的十路进攻计划，现在因为敌情的变化，和许多同志有的回到香港，在广州的也已分散了一部分，因此临时变更，改十为四路：第一路仍由黄克强担任进攻两广总督署，所部为四川、福建、花县、华侨及其他党员；分作二队，一攻督署卫队，由林文率领，一攻督署正门，由何克夫率领。第二路，姚雨平担任，攻击目标仍为飞来寺军械局及小北门。第三路，陈炯明担任，攻警察教练所。第四路，胡毅生以二十余人攻南门。
克强一切都部署好了，就对众演说，极力鼓动他们，当他发给机械、符号完毕的时候，刚好是五时三十分：各路英勇的同志，就在螺角高鸣中，一起发难了。
在各路革命军中，以克强那一路战得最为剧烈和勇敢。他率领了林文、何克夫等一百多人，由小东营出发，携着枪械和炸弹，直攻总督署。所有阻挡的警兵和卫队，杀的杀，逃的逃了。两广总督张鸣岐，听见炮声就跑掉了；克强冲到后堂，找不到一个人，在张鸣岐房间里，只见衣架上，还挂着他的长衫，水烟筒还是烫的，他便放了一把火，把总督署烧起来。他刚走出总督署，就和李准的大军相遇，给清兵围住了，死伤了好些人；克强也给流弹打断了两只指头：但他还是勇猛地搏战着，终于突出重围，没有受到伤害。又临时分发三路进攻，第一路令徐维扬率花县同志数十人，出小北门，准备和新军接应；第二路令川闽及南洋同志数十人，进攻督练公所：第三路由他自己率领方声洞、罗仲霍、朱执信等十人出大南门，准备和防营接应。
克强和方声洞等，战至双门底，就与防营相遇。防营哨官温带雄等，本来已经和党人联络好了，准备到水师行台攻打李准，但没有到达水师行台以前，暂时不带符号，以免阻碍。声洞不晓得这个内幕，他看见防营的士兵，都没有佩带符号，便发枪把温带雄杀死，防营士兵，也举枪还击，声洞不幸殉难！克强且战且前，他回头来一看，没有见到一个人，就撞进了一家洋货店，还是从门内出两枪左右射击，打中了防营士兵七八人。等到防营退散，他才知道自己是负伤了。革命军和防营的接应，因此失败了！
川闽同志攻督练公所的一路，在莲塘街口奋勇接战，起先也打了胜仗，清兵死伤的很多。至夜九时，转战大石街，终因势寡无援，出小北门，又与旗兵警察相战，坚持二时，以夜深弹尽，先后溃败。
在小北门接应新军的一路，走不到多远，就见敌军分批过来，因此在德宜街口就发生冲突，巷战于莲塘街口。敌军居高临下，占了有利形势，革命军即由莲塘街转人大石街的机关部，攀登屋顶，向观音山射击。转战至小北门高阳里口，又遇见了一队的防营赶来，他们就在一家米店里，把米袋做了堡垒，奋勇抵抗，相持一日夜。张鸣岐见党人顽强不屈，竟下令烧街，党人不得已，才越墙而走，这一路又完全失败。
经营五月，集全党力量，在广州轰轰烈烈的起义，到这时又宣告失败，这是孙先生革命的第十次失败，也即是最末的一次失败。
孙先生在失败后的第二天即三十日，刚刚到达芝加哥。当天的美国报纸，已经把这个消息发表了出来。这是一个很严重的打击，孙先生非常着急，立刻发电香港慰问，并探听消息，这电文说：“抵芝加哥闻败，同志如何？何以善后？”但孙先生的内心，还是不断地贯注在广州、香港的各同志身上，他自发电以后，因为不能立刻得到回音，始终放心不下，虽然天天到处演讲开会，在和蔼的面容上，却不能遮盖了他的忧愁。
到四月四日，香港的复电，在孙先生急切的盼望中，终于到了。孙先生急忙找梅乔林翻译，这电文的首句是：
“克伯展归。”孙先生看了，立刻现出愉快的笑容，并且高声地说：
“天下事尚可为也。”许多同志在旁边听了，莫名其妙，就请求讲解。
“克者黄克强，伯者赵伯先，展者胡展堂也。我所虑者，同人尽遭不测耳。今得安全，我心慰矣。”说着，又叫梅乔林继续翻译下去，这电报的全文是：
“克伯展归，克夫（何克强），克武（熊克武），执信（朱执信），力战出险，佛山起，毅（胡毅生）或在彼。死者姓名，后报。”
孙先生所忧虑的同志安全问题，到这时才放心。这次壮烈牺牲的同志，有林文、林尹民、方声洞等七十余人，克强、执信等，几经奋斗，才能安然脱险。事后，张鸣岐下令严索，凡是没有发辫的人，概行杀戮，以泄私愤。对于死难的尸首，更十分蔑视，暴露旷野，无人收葬。后来有一个叫做潘达微的，也是革命党的志士，他用善堂的名义，把这些为国捐躯的烈士的尸体，收葬于城北的黄花冈。因为尸首共有七十二具，后人就把他们叫做“黄花冈七十二烈士”。
孙先生对于这次失败，一点没有灰心。且认为有很重大的意义和价值，在失败后不久，他写信给庇能的邓泽如说：“事虽失败，而其为影响于全世界及海外华侨，实非常之大。由此所得之效果，亦不可胜量。以区区十余万，而做出如此惊天动地之事，使吾党之声势，飞腾千丈，亦甚值矣。弟敢决此次失败之因，必定生出他日成功之果也。”这个肯定的预言，不久果然实现。在以后《黄花冈七十二烈士事略·序文》中，更有具体的说明：
满清末造，革命党人，历艰难险峨，以坚毅不挠之精神，与民贼相搏，踬掊者屡。死事之惨，以辛亥三月二十九日围攻两广督署之役为最。吾党菁华付之一炬，其损失可谓大矣。然是役也，碧血横飞，浩气四塞，草木为之含悲，风云因而变色。全国久蛰之人心，乃大兴奋。怨愤所积，如怒涛排壑，不可遏抑，不半载而武昌之大革命以成。则斯役之价值，直可惊天地，泣鬼神，与武昌革命之役并寿。
对于七十二烈士的奋斗牺牲，更不断地赞叹崇敬，民国十三年在岭南大学黄花冈纪念会时说：“七十二烈士在当时立了甚么志气呢？我们虽然不能立刻知道他们的志气。但是他们由于失败，便断头流血，牺牲性命，由此便可以知道他们的志气，最少的限度，是不惜身家性命，不管权利幸福，要做一件失败的事……他们在专制政体之下，昏天黑地之中，存心想为四万万人服务。没有别的办法，可以达到目的，想到无可如何之时，便以死来感动四万万人；为四万万人来服务，做革命事业。在七十二烈士虽然是失败，但是他们死得其所，在我们后死的人看来，还可以说是成功。”
但对于当时误事的那些同志，始终表示痛惜。孙先生说：“当他们没有起事之先，计划是很周全的。如果完全实行，很可以成功。后来实行的时候，因为同志做事不好，所以失败。同志做事不好的很多，譬如有一位同志，由黄克强派到日本去买一百支驳壳枪，假如广州的同志，得到这些枪，是很可以成功的。后来他们起事，打到制台衙门之内，各处都已成功，最后失败的原因，全是由于武器不足。”（民国十二年十二月二日欢宴各将领演说）这是革命修养和人格高下的表现，在孙先生每一次革命运动中，总是有一二个误事的同志被发现。他们实在应该愧对许多成仁取义的先烈！
孙先生在芝加哥大约逗留了一个月光景，又回到三藩市。那时主要的工作，是筹募死难同志的救恤经费和准备卷土重来的计划。四月五日，孙先生又接到汉民的电报：“恤死救亡，善后费重。奈何？”因此，又展开了热烈的募款运动。美洲华侨受了这次广州壮烈牺牲的感召，都很踊跃捐输。到了三藩市以后，情形更好，当时，孙先生写信给邓泽如说：“金山致公总堂，虽系洪门，以反清复明为宗旨，然向多老朽顽固，无进取之气，故尝与吾党之少年勇进之辈，积不相宁。数月之前，犹反对同盟会之筹饷，美国华侨十居八九，为洪门之徒，致公总堂一反对筹饷，则虽热心革命者，亦不敢前。故以美国华侨之数，所集不过万余港银，远不如加拿大少数华侨之捐款。乃至羊城一役之后，见吾党志士，舍身赴义，英勇绝伦，则顽固老朽之辈，亦因而感奋。今致公总堂，已发起筹饷，现已设立筹饷局，以专责成，想不久必能大收效果也。”那时旧金山致公堂和同盟会，由于孙先生的号召，已经联成一气。筹饷局因对外关系，又名国民救济局。
克强自三月二十九日失败以后，决欲实行个人主义，和李准、张鸣岐等拼命，以振士气。他一再来电，向孙先生请示。孙先生恐怕他再演精卫的悲剧，极力劝阻，并且指示他可以组织暗杀机关，另派党员担任。当筹饷局成立以后，孙先生就提议先汇款万元给克强，充作设立暗杀机关的经费。两个月以后，李沛基在广州刺死清将军凤山，就由这个暗杀机关发动的。
三月二十九日的革命，不但促进筹饷工作的顺利，并且也影响到国际的观感，使孙先生的外交工作，更易着手。孙先生这次重游欧美的另一任务，本来是要办理外交，他现在就把握了这个机会，向各国当局说明中国革命的宗旨，以取得同情。这一切交涉的经过，在写给邓泽如的一封信中，也有提到：“又经羊城一役之后，外交亦易人手。弟曾着人直说美国政府，皆大表同情。今已使人往英，以说彼中权要，想必能得当。法国政府，则向已有通情者也。如是吾党今日，可决英、美、法三国政府，必乐观吾党之成事。则再举之日，必无借端干涉之举，且必能力阻他国之干涉也。”这是很重要的一着，武昌起义以后，没有引起各国的干涉，临时政府很顺利地成立，就是孙先生这时努力外交工作所得的结果。
孙先生半生经营的革命事业，经过长时期的艰难奋斗，到这时已经快到收获的阶段了，但他的私生活，更陷于窘境。他的家属。自前年迁居庇能以来，每月生活费用一百元，由庇能同志集资供给。但两位女公子的读书，和家人的医药费用，就无法筹措。并且不久，这集资的办法也没有实行，因为孙先生觉得长贫难顾，这不是一个根本办法。但除此以外，也没有更妥当的办法，因此常常接到家中告急的书信。在三藩市写给邓泽如的信中，也提起这件事，他要求邓泽如向庇能以外的各埠，再约十个到二十个同志，每月每人担任五元或十元，协助家费，以减轻庇能同志的负担。孙先生私人生活的艰苦，于此可以想见。