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1866年6月，幕府发动第二次征长之役。幕府军从大岛口、艺州口、石州口、九州口等四个方向围攻长州藩，史称“四境战争”。由于萨长两藩已结成攻守同盟，萨摩藩拒绝派兵参战，暗中援助长州藩，幕府军的攻击力大打折扣。经过实施一年有半的“大割据”政策，长州藩兵强马壮，士气高昂。在高衫晋作、大村益次郎、井上馨、山县有朋等指挥下，长州藩军民分路拒敌，取得大岛口初战胜利。长州军乘胜攻入艺州、滨田、小仓藩，挫败幕府军，战争进入胶着状态。5月至6月间，在幕府统治地区兵库、江户、大坂发生庶民骚乱，袭击当铺、哄抢米店。幕府军的后勤供应困难重重，士气低落。7月，德川家茂因“脚气冲心”，病亡于大坂城。8月，幕府以治丧为由，下令停战撤军，第二次征长之战以失败告终。
12月5日，德川庆喜出任第15代将军，授以内大臣的官位。20天之后，孝明天皇驾崩。关于统仁的死因历来有病亡说或毒杀说的分歧，但结果只有一个：消除了倒幕派在名分论上的障碍，幕府失去政治盟友。
1867年1月9日，15岁的皇太子睦仁即位，尚无理政能力，由关白二条齐敬摄政。25日，在“禁门之变”后被孝明天皇下令闭门思过的炽仁亲王（有栖川宫）、公卿中山忠能等解除处分，重新参与朝政，尊攘派公卿正亲町公董获得赦免。3月29日，豁免了尊攘派公卿三条实美等人，使其重获参政权。岩仓具视等重回京都并参与朝政。王政复古派的宫廷集团逐步扩大，与宫外武力倒幕派形成密切联系。武力倒幕派拥戴新天皇，视之为夺取权力的政治法宝——“玉”。
政权易手在即。无论是幕府还是萨长联盟，均无法直接采用武力消灭对方，需要某种权力过渡方式来打破僵局，公议政体思潮应运而生。公议政体派继承了公武合体派的基本主张和立场，强调均衡朝廷、幕府和雄藩三者的关系，促成幕府政权和平易手。1867年5月，土佐藩的板垣退助等与萨摩藩的小松带刀等在京都订立武力倒幕的盟约，但土佐藩的主流舆论即“藩论”却是公议政体论。6月，坂本龙马与后藤象二郎乘坐藩船“夕颜丸”自长崎出发，前往兵库。途中，坂本龙马提出打破政治僵局，建立国家新体制的《新政府纲领八策》（《船中八策》）。其基本要点主要有两点，即：（1）“天下政权奉还朝廷，政令应出自朝廷”；（2）“设上下议政局，置议员，参赞万机，万机应决于公议”。
此外，还提出制定“无穷大典”（即宪法）、起用人才、修改条约、整备陆海军等具体要求。后藤在《船中八策》的基础上，提出了非暴力的“大政奉还论”，禀报土佐藩主山内容堂。山内全盘接受了后藤的建议，将其确定为土佐藩的“藩论”，据此参与全国的政治竞争。
1867年6月，萨摩藩的西乡隆盛、大久保利通与土佐藩的后藤象二郎、坂本龙马订立促进大政奉还的《萨土盟约书》。“盟约书”充分体现了土佐藩的公议政体论诉求，强调“皇国第一要务在纠正国体制度”，主张“议定天下之大政之全权在朝廷，我皇国之制度法则，一切之万机要出自京师之议事堂”；设立分为上下两院的议事院，议事官从公卿至庶民选拔“纯纯正义者”担任；将军辞职，“归入诸侯之列，政权归于朝廷”；与外国“订立道理明白的新约定，实行诚实的商法”；制度法则“以人心一和为主”。
9月，西乡隆盛等拒绝后藤要求推迟武力倒幕，先试行建议大政奉还策略的要求，与长州藩藩士广泽真臣、品川弥二郎和安艺藩（今广岛县）藩士植田乙次郎等订立武力倒幕的《萨长艺盟约》。盟约规定三藩向大坂集结兵力，“断然为朝廷尽力”；危机之际，为朝廷不惜毁藩纾难；决议确定后则不为异论所动。
萨摩藩通过与长州、土佐、安艺藩等签订盟约，掌控了政局演进的关键力量。
公议政体派也在加紧行动。10月3日，后藤象二郎向老中板仓胜静呈交了山内容堂致幕府的“建议书”，促请幕府将军德川庆喜以“大灵活”的姿态，作出“大英断，与天下万民同心协力，服从光明正大的道理”，“一变皇国数百年之国体，以至诚应对万国，建王政复古之业”。
在“建议书”中，山内容堂将德川庆喜纳入新体制之内，借以封堵武力倒幕派的进路，继续维系三百诸侯的统治实权。6日，安艺藩主浅野茂长也向幕府呈交《大政奉还建议书》，对幕府加大了压力。同日，萨摩藩的大久保利通、长州藩的品川弥二郎与岩仓具视、中御门经之等公卿秘密会见，商讨设立太政官、派出征讨大将军、制作天皇锦旗、萨长艺三藩出兵等事宜，就武力实现王政复古达成共识。
公议政体派主张避免内战，用和平手段改变幕府统治形式，与武力倒幕派的主张针锋相对。然而，在幕府将军交权，拥立天皇为共主、用新的政权形式取代幕藩体制等方面，公议政体派又与武力倒幕派立场一致。实际上，公议政体派主张用软的一手改造幕藩体制，武力倒幕派坚持用硬的一手推翻幕府，两派虽然在改变权力结构的手段上不同，但均将幕府统治逼上绝路，使其举步维艰。萨摩藩之所以能同公议政体派、武力倒幕派左右逢源，其原因即在于此。
10月13日，德川庆喜迫于形势压力，接受了公议政体派的劝谏，在京都二条城向前来参拜的40余藩大名宣布向朝廷奉还大政的决定。同日，武力倒幕派大久保利通、岩仓具视、三条实美等以明治天皇的名义，向萨摩藩的岛津久光、岛津茂久以及公卿中山忠能、正亲町三条实爱、中御门经之下达了用古汉语写成的《讨幕诏书》。其诏称：“源庆喜藉累世之威，恃阖族之强，妄戕害忠良，数弃绝王命，遂矫先帝之诏而不惧，挤万民于沟壑而不顾，罪恶所至，神州将倾覆焉。朕今为民之父母，是贼不讨，何以上谢先帝之灵，下报万民之深仇哉”。诏书要求“汝宜体朕之心，殄戮贼臣庆喜，以速奏回天之伟勋，而措生灵于山岳之安。”
同日，又以天皇的名义，下达赦免长州藩藩主父子“朝敌”的罪名，恢复官位的命令。14日，正亲町三条实爱向长州藩下达《讨幕诏书》。萨长两藩奉诏讨伐幕府，师出有名。
10月14日，德川庆喜向天皇朝廷呈交《大政奉还上奏文》。内称：“臣虽奉其职，至今日之形势，毕竟薄德之所致，惭惧不堪。何况当今外国之交际日盛，愈感朝权不出一途，则纲纪难立，故应改变从来之陋习，将政权奉归朝廷。广采天下公议，仰尊圣断，同心协力，共保皇国，必可与海外万国并立。”
德川庆喜以退为进，在上奏文中宣称交出兵马统率权，期待朝廷的重新加以委任。果然，失权数百年的京都朝廷对突然奉还的大政一时不知所措，21日，习惯于妥协的公卿中山忠能等密发“内敕”，要求萨长两藩暂停实施《讨幕诏书》。一时之间，山内容堂、后藤象二郎等公议政体派因促成大政奉还而得意扬扬。24日，庆喜继续以攻为守，保留内大臣的官位，辞掉“征夷大将军”之职。朝廷并未立即接受德川庆喜的辞职请求，26日答复说：留待诸藩大名来京会议作出决定。
11月15日，京都见回组的武士突袭京都河原町的近江屋
，当场杀死提出“大政奉还”主张的坂本龙马，中冈慎太郎身负重伤，两天后不治身亡。11月24日，左大臣近卫秀房、右大臣一条实良动摇，提出辞呈。将军以退为进、朝廷态度暧昧、佐幕派嚣张行凶，事态发展的前景不甚明朗。陷入被动的武力倒幕派紧急行动，决心重新夺回主导权。11月25日，岩仓具视、大久保利通等与从萨摩藩赶来的岛津茂久、西乡隆盛等密谋克服危局的三种解决方案，即如果德川庆喜真心交权，则遵从“内敕”，缓动刀兵；实行王政复古政变，公卿应予配合；设立议事院，选拔可供太政官采用的人才。
同日，奉诏讨幕的长州藩出兵，向京坂进发，萨长艺三藩出动的兵马约为万人以上。武力倒幕派加紧争取公卿，增加在朝廷公议的发言权。
1867年12月9日，明治政府成立。新政府发布《王政复古大号令》，批准德川庆喜奉还大政并辞去将军之职。在小御所举行的三职会议上，武力倒幕派岩仓具视、大久保利通等“参予”，挫败了公议政体派山内容堂等“议定”邀请德川庆喜加入政府的图谋，勒令其“辞官纳地”，听候处置。“辞官”，即庆喜辞掉内大臣的官位；“纳地”，即上缴幕府将军的全部领地。一心等待入阁的庆喜已滞留京坂数十日，但等来的是权产两空的“辞官纳地”，从而彻底绝望。
此时，江户城里的佐幕派已在群起鼓噪战争。原来，在德川庆喜“大政奉还”前后，西乡隆盛就秘密派遣相乐总三等500余位草莽志士在江户城和关东号召勤王倒幕，攻击幕府的哨卡“阵屋”，袭击富豪。江户城里的闲杂之徒也趁火打劫，社会秩序陷入混乱。幕府得知驻江户的萨摩藩邸是草莽志士指挥部，12月25日，指令庄内藩等数藩出动2000名士兵前来围攻。消息传到大坂，驻守在城内外的万余幕府军官兵情绪激动，要求与萨摩藩开战。实际上，小御所会议“辞官纳地”的决定将幕府逼到墙角，只能拼死一搏。在一片求战声中，1868年1月1日，坐镇大坂的德川庆喜向朝廷提交《讨萨表》，在“清君侧”、讨伐萨长奸贼的名义下，指挥幕府军队前出京都，实施武力对抗。