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1911年10月，武昌起义爆发，战火迅速扩大，给清政府以沉重打击。对于袁世凯及其北洋集团来说，这是一个东山再起的良好契机。
武昌起义后，清政府派当时的陆军大臣荫昌统领北洋新军前往镇压，但所属部队均为袁世凯旧部，只听命于袁世凯本人，而荫昌本人脾气暴躁，部属反感，不听调遣，以致指挥失灵。无奈之下，清政府只得重新启用袁世凯。
此时，袁世凯对清廷提出了六点要求：次年召开国会；组织责任内阁；开放党禁；宽容武昌起事人员；宽筹军费；授以指挥前方军事之全权。清廷不得已满足了袁世凯的所有要求。11月9日，通过资政院“选举”程序，正式任命袁世凯为内阁总理大臣，袁世凯决定一面陈兵长江北岸，武力威胁革命军；一面利用革命党人急于和平统一的愿望，诱使其进行谈判。在英国公使朱尔典斡旋下，湖北军政府接受了和谈建议。
12月3日，革命军在武昌开会，通过了《临时政府组织大纲》。4日，江浙联军攻克南京，由此以南京为中心的南方革命党人正式组织起来，与北方达成了停战协议。自18日起，南方军政府代表伍廷芳与袁世凯代表唐绍仪在上海英租界市政厅开始了南北和谈。
当时北方代表所持立场就是要在停战恢复秩序的前提下维持君主立宪，保住清朝统治。因此，唐绍仪率北方代表团即将南下时，袁世凯曾亲自面示：“此次谈判，应以避免战争、恢复秩序为原则，旨在避免国家分裂，至于君主制度，万万不可变更，本人世受国恩，更当捐躯图报，只有维护君宪到底，不知其他。”
12月18日，南北议和代表在上海英租界市政厅举行第一次会议。在这次会议上，南方代表伍廷芳首先提出，必须以成立共和国为双方进行谈判的先决条件。唐绍仪则暗示袁内阁并不反对共和制度，但因所处地位不同，目前仍然坚持立宪制度，建议召开临时国会解决这个问题。
袁世凯此时的立场十分微妙。他一方面对清廷承诺坚守立宪制反对共和以安抚清廷，同时又以南方革命党的共和要求作为继续要挟清廷获取更大利益的筹码；另一方面以清廷要挟革命党，以此争取他在未来中国新政府中的最高领导地位。因此唐绍仪为首的谈判代表团到达南方后，立刻拉拢了立宪派领袖人物张謇。立宪派都是有钱有势的人，当然不希望改变制度，张謇一派倒向袁世凯，使得革命党人的谈判处境更加艰难。面对袁世凯咄咄逼人的气势，革命党人唯有让出总统宝座方可令其彻底放弃立宪主张。
1911年11月30日，各省代表会议在汉口英租界举行。12月2日便通过决议重申：“如袁世凯反正，当公举为临时大总统。”由此可以看出，在武昌起义之初，革命军政府在自身岌岌可危的情况下，希望通过许诺大总统的位置来让袁世凯这个实力派倒戈。因为以孙中山为首的革命起义已经在中国大地上爆发过很多次，至武昌起义之前还没有取得一次成功，武昌军政府寄希望于袁世凯倒戈来获得革命胜利，也在情理之中。
面对革命党的让步，袁世凯并未理睬，他当时已经是内阁总理大臣，整个清王朝的实际掌控者，怎么会看得上弱小而且随时有可能被剿灭的起义军许诺的职位？所以袁世凯一直对实行共和制没有明确态度，仍坚持立宪制度。
时到年底，革命党人不能坐视新政权无人主持，又不能马上说服袁世凯放弃立宪制立场。唐绍仪虽认同共和体制，但他在此问题上不能代表袁世凯。南京政府此时只能另选他人主政。12月29日选举临时大总统，参加者有革命军17省代表，以一省为一票。除湖南代表投黄兴一票外，孙中山以16票当选中华民国临时总统。
12月初，南北双方代表在达成停战协议后开始在上海英租界市政厅举行谈判。从18日起，南方军政府代表伍廷芳与袁世凯代表唐绍仪正式进行南北和谈。
伍廷芳代表南方提出清朝皇帝退位、选举总统、建立共和政府等主张；唐绍仪则坚持袁世凯的主张。此时，英、美、德、俄、日、法列强各国对议和施加压力，声称“中国的战争若持续下去，将有危于外人的利益与安全”，并采取政治、经济、军事等手段，压迫南方政府，以促使双方尽快达成协议。南方政府内的旧官僚和立宪派也竭力主张拥袁。
但是，孙中山等人在立宪和共和问题上并没有作出妥协。在谈判过程中，南京临时政府参议院已推举出孙中山为第一任临时大总统并于1912年1月1日在南京宣誓就职。当晚8时举行了就职典礼，孙中山在典礼上宣读了临时大总统就职宣言：
颠覆满洲专制政体，巩固中华民国，图谋民生幸福，此国民之公意，文实遵之，以忠于国，为众服务。至专制政府既倒，国内无变乱，国民卓立于世界，为列邦公认，斯时文当解临时大总统之职。谨以此誓于国民。
袁世凯鉴于南方共和政府业已成立，为了在未来政权中获得领导地位，他开始改变方针，下决心逼清廷退位。1月1日，段祺瑞、冯国璋为首的北洋派将领48人发出联名通电，表示“誓死拥护君宪，坚决反对共和”，这既是袁世凯在逼宫前对清廷的假仁假义，也是对南方的最后试探。1月3日，以陆徵祥为首的清朝全体驻外使臣联名通电，劝清帝退位，“以安皇室而定人心”。此电由袁的谋士梁士诒主稿。袁世凯忽而主和，忽而主战；忽而表示拥护君宪，忽而又暗中鼓动要求清帝退位。此时更派人散布南方革命党多么厉害、多么残忍，如果北伐，清廷必受到屠戮的谣言，以此逼迫清帝尽早退位。
1月12日，袁世凯正式向清廷摊牌，要求以优待为交换条件，让清帝退位。袁世凯劝隆裕太后说：“自古无不亡之国，亡国之君，身受杀戮之惨，古今中外历史，斑斑可考。今天大清皇帝退位，仍能保持其尊号，并可享受岁费，这是古往今来绝无仅有的创举。我们在谈判中大费唇舌，好不容易才争得这个优待条例，总算尽了做臣子的一片苦心。”最后袁世凯派赵秉钧出面要求清廷必须退位，没有商量余地。
另一方面，袁世凯在清廷没有答应退位的情况下，就向南京通报了优待清廷条件。1月20日，伍廷芳回电表示接受优待清廷条件，并且答应只要袁世凯逼清廷退位，总统位置亦会让给袁世凯。1月26日，以段祺瑞为首的北洋军将领47人又一次联名通电，吁恳清帝退位，改行共和政体，“以安皇室而定大局”。
自南北谈判开始时，袁世凯便指使冯国璋发电反对共和支持立宪，为了夺取总统宝座，又指使段祺瑞呼吁反对立宪支持共和，袁世凯的态度在1月1日孙中山就任临时总统前后截然相反。2月1日，隆裕太后被迫下懿旨命袁世凯与南方磋商优待条件，提出三点：
（1）大清皇帝尊号相承不替；
（2）逊位一词不用；
（3）宫禁及颐和园随时听使居住。
最后，在各方重压之下，走投无路的清政府终于宣布清帝退位。
1912年2月11日，袁世凯发电报给孙中山等，通告清帝已允退位。电报全文如下：
南京孙大总统、黎副总统、各部总长、参议院同鉴：共和为最良国体，世界之所公认。今由帝政一跃而跻及之，实诸公累年之心血，亦民国无疆之幸福。大清皇帝既明诏辞位，业经世凯署名，则宣布之日，为帝政之终局，即民国之始基。从此努力进行，务令达到圆满地位，永不使君主政体再行于中国。现在统一组织，至重且繁，世凯极愿南行，畅聆大教，共谋进行之法；只因北方秩序不易维持，军旅如林须加部署，而东北人心未尽一致，稍有动摇，牵涉全国，诸君皆洞鉴时局，必能谅此苦衷。至共和建设重要问题，诸公研究有素，成竹在胸，应如何协商统一组织之法，尚希迅即见教。袁世凯。真。
最终，南京临时政府在重重压力之下作出了让步。孙中山发表声明：只要清帝退位，袁世凯造成共和，即举袁为大总统。2月13日，清帝溥仪下诏退位。次日，孙中山即辞去了中华民国临时大总统职务。15日，南京临时参议院选举袁世凯为临时大总统。南北达成统一。