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京城的王公大臣听说袁世凯到京，一个个欣喜若狂，纷纷跑到车站迎接。在庆亲王奕劻和内阁协理大臣徐世昌的陪同下，袁世凯乘专车抵达摄政王私邸。摄政王载沣也只好放下之前的私仇宿怨，殷勤款待。袁世凯没有表现出任何怨色，只是一味地谦逊，说了许多才薄难胜的话，急得摄政王冷汗直流，几次都想跪下求他接任。庆亲王和徐世昌又在一旁说了许多好话，袁世凯这才答应就任内阁总理一职。当天，袁世凯便进谒隆裕太后，诚诚恳恳地接受了面谕。
袁世凯正式接受内阁总理一职的当天，便动手组织内阁，分任阁员。可是，在清廷四面楚歌的年代，谁愿意担此重任，冒险打头阵呢？除了在京的几个官员无法推诿外，简直是有官无人。当时，海军舰队和长江水师陆续归附革命军，四川也宣布独立，大河南北只有直隶、河南两省还算没有变动。江苏都督程德全、浙江都督汤寿潜组织革命联军，进攻南京。南京总督张人骏、将军铁良、提督张勋，仍然服从清命，孤守危城。上海都督陈其美号召兵民，一面支援江、浙联军，一面组织男女军事团，倡义援鄂。
各地的警报不断地送到袁总理手中，老袁心想：“这革命军也太嚣张了，如果不稍加惩治，那革命军还瞧得起我吗？我既然要做一番大事业，就必须北制满人，南制革命军，只有双管齐下，才能让我大展拳脚。”袁世凯计划好后便与庆亲王商议，命他向隆裕太后索取慈禧太后遗下的私蓄，隆裕太后没有办法，只好将金库的钥匙交出来。袁总理立即命人将银子运往湖北，作为对冯国璋军的奖励，并命冯国璋力攻汉阳。
汉阳革命军总司令黄兴是湖南长沙人，向来主张革命，是一个百折不挠的人物。与清军酣战多日，革命军免不了临阵伤亡，为了补充队伍缺额，于是招募来一批新兵。在初次交锋中，这批新兵由于未受过军事教育，也毫无经验，一味乱击，幸亏冯国璋守着老袁训诫，没敢妄动，所以才相持不决。袁总理一纸命令，冯国璋立即率军猛进，围攻龟山。黄兴亲自督师抵敌，连战两昼夜，仍未分胜负。不料，冯军改装夜渡汉江，架起机关大炮突攻汉阳城外革命军，打得革命军猝不及防，纷纷败退。黄兴接到汉阳急报，赶忙回援。但汉阳城外的战略要地已被清军占领，见此情形，黄兴料到汉阳已难守，竟一溜烟地逃入武昌。龟山所有炮队失去了总司令，顿时乱了阵脚。不久，冯军夺去了汉阳。革命军只能眼睁睁看着城池又归清廷。黎都督懊悔万分，但事已至此，只得收集汉阳溃军，加派武昌生力军，沿江分驻固守武昌。黄兴见了黎都督后，痛哭流涕，打算只身东行去借兵援鄂，黎都督随口答应了他。
冯国璋告捷清廷，清廷封他为二等男，令他颇感欣慰。于是，他决定趁热打铁，再攻武昌，好博得一个封侯拜相的机会。当下，冯国璋便派重兵驻守龟山，架起机关大炮，轰击武昌。武昌与汉阳只隔一江，武昌兵民日夜严防，偶尔有流弹抛入也只不过稍受损伤，无关紧要。并且沿江上下七十余里又有革命军守着，冯军不能飞渡。只是可怜了那些汉阳渡江南奔的难民，往往船至中流，就被炮弹击沉，断股绝臂飘荡江流；还有一帮妇女儿童披发溺水，一个一个地沉落波心，葬身鱼鳖腹中。各国驻汉领事见了这样的惨状也颇感不平，便推荐英领事为代表，劝令双方停战。冯国璋怎肯轻易罢休，嘴上说必须请命清廷才能定夺，实际上仍命令士兵开炮，整整轰了三天三夜，甚至还有发兵渡江的打算。恰逢这时袁总理停战的命令到了，冯国璋立即照会英领事，开列停战条件：“民军为匪党。匪党必须退出武昌城十五里，还要将军舰的炮闩一概卸下，交与介绍人英领事收存”。英领事转达黎元洪，黎元洪让各省代表会公决。
此时，独立各省的代表已齐集湖北，打算组织临时政府。开会地点本来择地武昌，因武昌战乱无法安居，才暂借汉口租界顺昌洋行为各省代表会所。各省代表见了冯国璋的停战条款，一个个愤懑交加，不愿答复。后来，担心英领事面子上过不去，才想出一个用矛制盾的法子作为答复：“冯军必须退出汉口十五里以外，冯军所据的火车应由介绍人英领事签字封闭。”双方提出的条款，根本没有磋商一致的可能。不过，此时冯国璋也不好再战，就暂时停止了炮轰。忽然江南急电传来，江督张人骏、将军铁良以及提督张勋弃城出逃，南京已被革命军占领，接着又接到袁总理命令停战十五日的电报。于是，双方都按兵不动，彼此夹江自守。
南京踞长江下游，依山傍水，乃龙盘虎踞之地，革命军想席卷长江就必须攻克南京。到时候汉阳为清军所得，南京为革命军所占，双方胜负相同，也算资格对等，议和总算有了基础。
袁世凯与摄政王载沣面和心不和，为了逼载沣退归藩邸，袁世凯把重大问题的决定权都推到载沣身上，自己不肯做主。载沣最终招架不住，情愿辞职归藩。庆亲王奕劻在隆裕太后面前，力保袁总理能当重任，并再三告诫别让他人掣肘。隆裕太后明知袁总理不可靠，但也无可奈何，只好把摄政王辞去，将清廷全权托付给袁总理。袁世凯立即命尚书唐绍仪 [4] 为议和代表，并与唐密商了一夜，才令他起程南下。各省代表听说北代表南来，公推伍廷芳为革命军代表，酌定在上海与北代表会商。
黄兴到上海后，得知鄂军与清军已经停战，便将召江、浙军援鄂的提议暂时搁置起来。各省代表从汉口移至上海，准备选举正副元帅，为日后正副总统做铺垫。在公开选举会上，黄兴得票最多，当选为大元帅，黎元洪次之，当选为副元帅。谁知江、浙联军不服，说黄兴乃汉阳败将，怎能胜任大元帅一职？更何况黎都督是革命功首，现在反令他屈居副座，如何服人？于是，纷纷致电上海，不承认黄兴为大元帅。各省代表束手无策，只好再行酌议，准备掉换黎、黄二人的位置。黄兴听说联军不服，当天便离开上海，并致书各省代表，力辞大元帅一职，并推举黎元洪为大元帅。各代表乐得顺水推舟，于是黎元洪成为大元帅，黄兴做了副元帅。由于黎大元帅暂驻武昌，会议决定先由副元帅代行大元帅职权，组织临时政府。各代表派专人前往南京，欢迎副元帅到南京来任职，并与当地行政机关接洽，准备在南京设元帅府，专等黄副元帅到来。不料黄副元帅极为固辞，敦促再三仍然不愿前往。有几个革命党人与黄兴是莫逆之交，竟跑入代表会所大吵大闹，替他鸣不平。各代表只能忍声吞气，面面相觑。就在此时，传来革命党大首领孙中山从海外回国的消息，大家这才转忧为喜，把大、副元帅的问题搁在一边，全力推举孙中山为临时大总统。
孙中山，字逸仙，号中山，广东香山县人。在少年时期便入教会学校读书，深受欧洲文化熏陶，目击清政府的腐败，首倡革命。他往返于东西洋之间，联合中国留学生，组织同盟会，一心想要推翻清朝的统治，还曾多次组织革命，但都以失败告终。直到这次革命军起义，占领了中国三分之二的省份，才算偿了他的宿愿。可以说，中国革命全由他发起，这次功成回来，怎么可能不受人欢迎呢？
一九一一年十一月六日，孙中山抵达上海。十日，各省代表开会，投票选举临时总统，总共十七票，孙中山得十六票，当选为中华民国临时总统。会议并决定一九一二年一月一日，即辛亥年十一月十三日，为临时总统莅任日。
一九一二年一月一日，当选为临时大总统的孙中山，从上海乘坐专车赴南京就职。火车上悬挂着五色旗，随风飘扬。这五色旗象征着五族共和，是在江、浙联军光复南京后，由都督程德全和湖南志士宋教仁等设计的，后来被定为国徽。当天中午前后，孙中山的专车抵达南京，政、学、军、商各界及驻南京的各国领事都前来迎接。各炮台、各军舰，鸣炮二十一响，各省代表和海陆军代表欢呼“共和万岁”，声音响彻云霄。孙中山下车后，改乘马车至临时总统府，行就职礼，发表就职演说。
宣誓完毕，各省代表将大总统印交予孙中山，中华民国正式成立。