听了讲演的四五天后,毛泽东准备参加黎元洪的革命军。他决定同其他几位朋友到汉口去。听说汉口的街道很湿,必须穿雨鞋,毛泽东就到驻扎在城外军队里的一个朋友那里去借鞋。辛亥革命的起义军沿着粤汉路前进,10月22日逼近长沙。革命军攻打的两座城门,其中一座未遇抵抗;由起义军将领焦达峰率部攻打的一座稍遇反抗,经晓以民族大义后,守军即投向革命。同时,城里面也发生起义,各个城门都被工人攻占了。毛泽东站在一个高地上看到衙门上升起了一面白色的旗帜,上面写着一个“汉”字。当毛泽东回到学校时,发现学校已由起义军队守卫了。第二天,湖南成立了“中华民国军政府湖南都督府”,起义军的两名首领焦达峰和陈作新被推举为都督和副都督。焦达峰、陈作新的政权只维持了10天,咨议局议长谭延闿勾结新军中的一个营长在11月1日发动兵变,杀死了焦达峰和陈作新,谭延闿自任湖南都督。
此时,有许多学生投军,一支学生军已经组织起来。毛泽东不喜欢这支学生军,他认为它的成分复杂,他决定参加正规军,为完成革命而努力(清帝还未退位)。既然革命军已经到了长沙,他就不必去武汉了,于是就在湖南参了军,他所在的部队是湖南新军第25混成协第50标第一营左队。他参军后,每月军饷7元钱,每月用去伙食费2元,还得花钱买水,剩下的钱,他都用在订报纸上,贪读不厌。当时鼓吹革命的报刊中有《湘江日报》,里面讨论到社会主义。他是第一次听说这个名词,于是,他就同其他同学和士兵讨论社会主义。后来,他读了江亢虎写的一些关于社会主义及其原理的小册子,就热情写信给几个同班同学讨论社会主义。
在毛泽东当兵的这个班里,有一个湖南矿工和一个铁匠,毛泽东非常喜欢他们。他和排长及大多数士兵交上了朋友,因为他能写,有些书本知识,能帮助他们写信或诸类事情,因而很受士兵们敬佩。
1912年1月1日,孙中山在南京宣告中华民国成立。临时政府成立后虽然颁布了一系列有利于民主政治和资本主义发展的政策法令,但承认清政府与帝国主义各国签订的不平等条约和帝国主义攫取的种种特权。
清内阁总理袁世凯(1911年,在帝国主义的支持下,袁世凯任内阁总理大臣),统兵南下镇压革命。他一方面以武力胁迫南方革命派让权,一方面挟制清帝退位,并于1912年3月在北京就任中华民国临时大总统。
1912年4月5日,中华民国临时政府迁往北京。南北统一了,南京政府解散了。毛泽东以为革命已经结束,便退出了军队,决定仍回到书本上去。他一共当了半年列兵。