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辛亥革命中，清政府海军先后在上海、镇江、九江起义加入革命军阵营，起义之后相继被就近编列在各地方军政府的框架里，形成了上海军政府隶属下毛仲芳为司令的沪江舰队；镇江军政府隶属下吴振南为海军处长、宋文翙为司令的镇军舰队；九江军政府隶属下，黄钟瑛、汤芗铭分任司令的鄂军第一、第二舰队。由于政出多门，各舰队的供应、补给互不相属，军事行动上也缺乏协同配合，甚至于各地军政府自身也并无法完全掌握各自军舰所在的位置。在湖北军政府倡议组建统一革命政府时，海军分属多处的情况已经严重影响了对这支重要军事力量的使用，建立统一的革命海军指挥机构被提上了议事日程。
还在武汉战场胶着于汉阳、汉口战事时，江苏都督程德全与上海都督陈其美会商，共同推选了在沪的原清政府海军将领吴应科为海军总司令官，湖北军政府则委任“海筹”舰舰长黄钟瑛为海军司令部部长，出现了同时存在两个最高海军指挥官的奇怪局面，且无论吴应科还是黄钟瑛，所能统辖的也仅只是各自所在地区的舰队而已。
1911年12月5日，为了彻底解决海军指挥权不统一的问题，黎元洪派湖北军政府海军顾问朱孝先、郑礼庆召集各舰队海军代表于上海会商，经过会议和公推，12月6日制定了第一个海军统一的人事安排。正率领当时中国最大的一艘军舰“海圻”号在欧美访问的原清政府海军巡洋舰队统领程璧光被推举为海军总司令，“海筹”舰舰长黄钟瑛为副总司令，黄裳治为参谋长，毛仲芳为参谋次长，设海军总司令部于上海。由于程璧光当时远在英国，实际的统辖、指挥则由副总司令黄钟瑛执掌。
不久，12月29日，已经反清独立的十七省代表在公定的首都南京召开会议，选举临时政府大总统，刚从美国返回的同盟会领袖孙中山被推举为中华民国首任临时大总统。1912年元旦，孙中山抵达南京宣誓就任，同日发布《通告海陆军将士文》，赞扬海陆军对革命所做贡献，希望“共励初心，守之勿失。弗婴心小忿而酿阋墙之讥，弗借口共和而昧服从之义，弗怠弛而遗远寇，弗骄矜以误事机，拥树民国，立于泰山磐石之安”。1月3日，孙中山提名由在九江起义中立有殊功的“海筹”舰长黄钟瑛、萨镇冰副官汤芗铭分任海军部总长、次长的方案经代表会议通过，于5日正式任命，统一的民国南京临时政府海军由此诞生。临时海军司令部设在上海高昌庙。海军部下设军政、教务、船政、经理、司法、舰政六司及军机处、上海要港司令部。将海军部列于临时政府九部（南京临时政府共设陆军、海军、司法、财政、外交、内务、教育、实业、交通九部）之中，反映了海军在当时的重要地位。
黄钟瑛原籍福建长乐，后迁闽县（今闽侯），1881年，入船政学堂驾驶班第十一届学习，1885年毕业。先后被派往“靖远”、“威远”、“康济”等舰及刘公岛枪炮学堂实习。后任“济远”舰航海员。1896年起，历任“福靖”、“飞鹰”驱逐舰枪炮官，“海琛”、“海天”、“海筹”巡洋舰帮带大副，“飞鹰”、“镜清”舰管带兼海军部参谋。1907年，任“海筹”舰管带。1911年，辛亥革命爆发后，在九江率舰起义，被起义军鄂军都督黎元洪委为海军司令部部长兼第一舰队司令，率舰占领安庆，镇抚大通，会同民军收复南京，救援汉阳。12月，各起义海军的代表会商于上海，成立海军司令部，被推举为海军副总司令。1912年1月，中华民国临时政府成立后，被临时大总统孙中山任命为海军总长。同年4月，任北洋政府海军总司令；12月4日，于上海病逝，以海军上将优恤。
孙中山确定了海军军旗：“以红旗右角镶青天白日，日有十二芒为海军旗。”1912年5月，参议院又制定了海军军旗样式。辛亥革命中，曾一度以同盟会的青天白日会旗充当海军军旗，新制定的军旗则是以五色国旗图案为底，改将青天白日旗图案缩小置于旗面的左上角。后因青天白日配合五色旗的图案色彩过于杂乱，“彩色纷纶，配置未当，形式参错，瞻视易淆”，仍定青天白日旗为海军旗。
海军的另外一项关乎观瞻的制度是军队的军徽、军服，1913年初，民国北京政府正式颁布《海军服制》。海军军徽与清末海军以龙、海军锚、嘉禾组成的军徽类似，主要改变是将代表皇权的龙用三足宝鼎图案取代。军服装饰上的改变则与此相同，都是将清代的龙图案以宝鼎形式来代替。
从清末海军起义新生的民国海军统一之后尚未来得及进行编制整理，因当时中国北方大部仍处在清政府的实际统治下，而旨在劝说清政府军政重臣袁世凯逼清帝逊位的南北和谈迄无成议，陆军部总长黄兴于1月9日正式部署六路北伐方案。为了配合陆军行动，海军成立北伐舰队，11日孙中山任命海军部次长汤芗铭为北伐舰队司令，李静、凌霄、王时泽、姚葵常等任参谋，舰队由“海容”、“海琛”、“南琛”等组成，以“海容”舰为旗舰，随即分头出发，护卫北伐军蓝天蔚部北上，拉开了海军北伐的序幕。
1月11日，孙中山组织六路大军北伐，同时任命汤芗铭为北伐海军司令，率“海容”、“海琛”、“南琛”三舰配合北伐军行动。沪军步兵1个旅、炮兵1个团搭乘“新铭”、“新昌”、“泰顺”、“爱仁”等轮船，在北伐舰队护卫下于1月16日抵达烟台，海军陆战队400多人也随同前往。
烟台早在1911年11月13日成立了都督府。由于起义的革命党人“未谙军事者居多”，而海军的“舞凤”舰正好由天津到烟台。于是，大家推举“舞凤”舰管带王传炯为都督。王传炯并非真心参加革命，他一边应付革命党人，一边暗地同清朝山东巡抚孙宝琦频繁联络。事情败露后，王传炯逃走。南京临时政府改任胡瑛为都督（由杜潜代理），并出兵援鲁。北伐的海军和陆军到烟台后壮大了革命力量。
北伐海军舰队完成护航任务后，即驶往秦皇岛、营口、龙口等处海面游弋，向清廷示威，配合了山东沿海地区的光复。
1912年2月12日，清朝末代皇帝下诏退位，在诏书上签名的有总理大臣袁世凯等11人，其中海军大臣萨镇冰未到，由副大臣谭学衡代签。清王朝宣布退位，封建王朝宣告结束，辛亥革命推翻清朝的目的得以实现。至此，清朝海军随着清政府的垮台而结束了短暂的历史，然后降下龙旗，升起青天白日旗，以民国海军的新角色活跃在中国军事舞台上。
此前南北议和时约定，中华民国南京临时政府临时大总统孙中山辞去职务，临时参议院改选原清政府内阁总理大臣袁世凯为临时大总统。1912年4月，孙中山辞去临时大总统职，袁世凯继位。因袁世凯的一意坚持，不愿意南下南京就职，临时参议院对此做出迁就，而将首都改为北京，史称民国北京政府。民国临时政府迁往北京，民国海军部也从南京迁到北京石驸马大街办公。黄钟瑛随孙中山之后辞去海军部总长职务（仍保留原兼任海军总司令职），没有北上。黄钟瑛因在辛亥革命中戎马征战，积劳成疾，不幸于1912年12月4日去世。孙中山为悼念他，写下了这样一副挽联：“尽力民国最多，缔造艰难，回首思南都俦侣；屈指将才有几，老成凋谢，伤心问东亚海权。”
袁世凯就职后，对原南京临时政府内阁的组成人选进行了重要调整，大量任用自己的亲信。原海军总长黄钟瑛被免职，改任海军总司令，设海军总司令处于上海。黄钟瑛病故后，改由李鼎新接任，而由袁世凯的亲信、原清末北洋海军旧将刘冠雄出任总长，汤芗铭则仍为次长。另在海军总司令之下设海军左右舰队司令，分由原清末海军将领蓝建枢、吴应科担任（当年5月吴应科辞职，遗缺由徐振鹏担任）。
刘冠雄，字敦诚，号子英，又号资颖。其实，出身寒素的刘冠雄在海军中资格相当老，他1875年春就投考到船政学堂学习，成为船政第四届驾驶班的毕业生，也是1886年海军派送欧洲学习的第三批留学生之一。刘冠雄和袁世凯“订交”，始于一次意外的海难。1904年，刘冠雄一度出任主力巡洋舰——“海天”舰的管带，那年4月，刘冠雄奉命率领“海天”舰从山东出发往江阴接运军械，走到吴淞口，不巧遇上个大雾天儿，“灯塔浮标一无所见”。据知情人揭露，当时，刘冠雄之妻住在上海，偏偏那天正好过生日。刘冠雄为赶到上海参加妻子的寿宴，不听大副杜锡珪的建言，“手转号针，连催速进”。结果，这艘4300吨的巡洋舰，一头撞到了吴淞口洋面的鼎星岛上。“海天”沉没，刘冠雄照例应处死刑。时袁世凯为直隶总督、北洋大臣，极力为刘冠雄开脱，刘冠雄得以不死，因此对袁世凯极为感激。袁世凯救了刘冠雄的命，此后，刘冠雄就寄身袁门。袁刘二人，年纪相若，但刘却视袁为“恩公”，亦步亦趋，紧紧追随，成为袁家班子中的亲信。袁世凯篡国后，刘冠雄也水涨船高，从大清国海军部军学司的小小署理科长，一跃成为“袁家班”的海军总长。
在袁世凯的提携下，刘冠雄从一个不起眼儿的“机关干部”跃升为海军总长。而一向权欲甚重的汤芗铭，早就相度时机，投靠了袁世凯。对于这个野心勃勃的年轻人，袁世凯表现出特别的喜爱，甚至视之如子侄。
汤芗铭（1880—1975），字铸新，湖北蕲水人。1903年癸卯科举人，毕业于福建船政学堂，后被选送赴西欧留学，先后在法国、英国学习海军，1905年加入中国同盟会，因偷割孙中山皮包事发，被开除会籍。回国后，任“镜清”训练舰大管轮，“南琛”舰帮带，1909年再调充海军统制萨镇冰副官。1911年2月任长江舰队一等参谋官。1912年1月3日，任南京临时政府海军部次长兼北伐海军总司令，4月6日任北京政府海军部次长，11月4日授海军中将。1913年7月13日晋加海军上将衔，同年10月10日特授予勋二位，同时任湖南都督兼民政长。1914年6月授靖武将军。袁世凯称帝，封为一等侯。袁世凯死后即被驱出湖南。
海军部设立参事处（1923年称参事厅）、总务厅（设有机要、编纂、统计、庶务四科；1913年又增加副官处、视察室）、军衡司（设有任官、赏赉、考核、司法四科；1914年，司法科分出，增加典制科）、军务司（设有典制、军事、测绘、医务四科；1914年，新设电政科，去典制科）、军械司（设有兵器、舰政、机器、设备四科）、军需司（设有司计、经理、储备、稽核四科）、军学司（设有航海、轮机、士兵、编译四科）、军法司（1914年新设，下设审检、法学、典狱三科）、技正室。
海军部下设海军总司令处，负责指挥舰队作战、训练等事宜。1916年2月，总司令处一度被撤，另设总轮机处，舰队直属海军部。次年6月，又恢复总司令处于南京下关。12月，改称海军总司令公署，总轮机处则并入该公署。总司令处仅设有参谋3人，副官2人，秘书3人，军衡长、军械长、轮机长、军需长、军医长、执法官各1人。改为总司令公署后，设立了参谋长、副官长、书记官长，并分置军衡、军械、轮机、军需、军法、军医、军务等课。
海军总司令处（公署）下辖各舰队司令处，各处编有参谋1人，副官2人，秘书2人，轮机长1人。
第一舰队辖巡洋舰“海圻”、“海容”、“海琛”、“海筹”号，驱逐舰“飞鹰”、“建康”、“豫章”、“同安”号，炮舰“永丰”、“永翔”号，长官座舰“舞凤”、“联鲸”号，运输舰“福安”号。
第二舰队辖驱逐舰“建威”、“建安”号，炮舰“楚同”、“楚观”、“楚谦”、“楚有”、“楚豫”、“楚泰”、“江元”、“江亨”、“江利”、“江贞”、“江鲲”、“江犀”、“拱辰”、“建中”、“永安”号，鱼雷艇“湖鹰”、“湖鹏”、“湖隼”、“湖鹗”、“辰”、“宿”、“列”、“张”号。
1913年7月，海军增设练习舰队，辖练习舰“肇和”、“应瑞”号。
海军军人的军衔一改清末的旧称，军官采用三等九级，即上将、中将、少将；上校、中校、少校；上尉、中尉、少尉。士兵分为上士、中士、下士；一等兵、二等兵、三等兵；一等练兵、二等练兵。
北京政府海军部成立后，对当时几近荒废的海军教育和舰船装备购造、保障工作重新整理。清末时期设立、具有悠久历史的福建船政学堂被拆分为三，前学堂改为福州海军制造学校，后学堂改为福州海军学校，培训船厂技术工人的艺圃改为福州海军艺术学校。清末设在广州黄埔的黄埔水师学堂也收归海军部管理，更名黄埔海军学校。设于烟台的烟台海军学堂以及设于南京的江南水师学堂，也都改为海军部直辖，更名烟台海军学校和南京海军军官学校。这些学校之中，尤以福州海军学校和烟台海军学校对民国海军的影响至为深远。
舰船建造和保障方面，北京政府海军部将清末时期的海军江南船坞、大沽船坞以及福建船政三家重要的舰船制造和维护修理企业全部收归海军部直辖，分别更名海军江南造船所、海军大沽造船所、福州船政局，形成了北中南各有一家重要的船厂为海军提供舰船装备保障的格局。清末宣统大力建设海军期间，曾向欧美、日本以及中国国内船厂集中订造过一批军舰，清王朝覆灭时，这些军舰大都尚未竣工，有的后来没有交货，交货的成为新生的北京政府海军部所获得的最初的新舰船装备。
一艘老旧的战船，在经历无数屈辱和曲折后，终于歪歪扭扭地起航了。未来的航程注定不会风平浪静！