清政府爲了抓捕革命黨人，在各省總督府衙開闢了一條民間舉報電報房，專門收集民間舉報電報和密函。
5月4日夜，龍嘯卿的大軍開拔前一刻，龍嘯卿通過天網僞造了一份舉報電報發給湖廣總督衙門，稱革命黨已經控制了新軍第八鎮，並準備起義，同時附上了第八鎮一大羣軍官的名單。
湖廣總督瑞澄聞報後，大吃一驚，結合最近一段時間的革命風聲，他判斷該密電有一定的真實性。
以瑞澄的性格，寧可信其有不可信其無，於是下令巡防營闖入第八鎮新軍當中抓人。
當夜，同盟會宋教仁正在武昌，他組織文學社與共進會在武昌召開由雙方負責人和新軍代表60餘人參加的聯席會議。
在宋教仁的倡導下，準備趁四川革命高漲、武昌新軍當中大部分官兵傾向革命的大氛圍下，組建武昌起義領導機構，即起義總指揮部。
由於宋教仁還得趕赴上海組織上海武裝商團起義，因此文學社負責人蔣翊武被推舉爲總指揮坐鎮武昌，共進會負責人孫武被推舉爲參謀長。共進會負責人劉公被推舉爲政治籌備處總理。起義總指揮部設於武昌小朝街85號文學社機關，籌備處設於漢口俄租界寶善裡14號。
會議剛剛結束，就聽見武昌城內警號長鳴。巡防營四處抓捕新軍軍官，其中有革命黨，但也有被冤枉的。
宋教仁等人猶如驚弓之鳥，熊秉坤冒死跑來報告，稱瑞澄已經察覺，正四處抓捕革命黨人，新軍軍營內人人自危，軍心動搖。
宋教仁認爲革命內部有人泄密，於是決定立即起義，否則苦心培養的新軍恐被瑞澄一網打盡。因爲很多新軍官兵出於好奇而加入革命黨陣營，一旦瑞澄嚴刑逼供，恐有人受不住刑而招供。
孫武等人雖然認爲時機不甚成熟，但已經沒有迴旋餘地。如果宋教仁被抓，將是革命黨最大的損失，於是贊成提前起義。
蔣翊武認爲瑞澄大肆抓捕第八鎮新軍軍官，其中不乏大量被冤枉的軍官在內，正好可以鼓動他們加入革命陣營，一起起義。
宋教仁也覺得這反倒是個好機會，瑞澄這一舉動正好把不贊成革命的那一部分新軍軍官推到了革命陣營一邊。
開會的六十名第八鎮新軍軍官代表們於是紛紛返回軍營召集部屬們準備起義，由於四川革命浪潮關係，瑞澄接到朝廷命令給第八鎮新軍十六協發放了彈藥，準備讓他們開赴四川彈壓革命。
十六協新軍當中革命黨少，但瑞澄認爲革命黨一定先鼓動有彈藥的十六協造反，因此巡防營先抓捕的是十六協的軍官們。
革命黨大多數集中在十五協，但是有槍沒子彈。蔡濟民等人回到軍營後，立即組織軍官團向楚望臺軍火庫發動突襲，並與一個小時後攻陷楚望臺軍火庫。
新軍十五協立即得到了彈藥補充，孫武等人即刻宣佈起義，打着救援十六協的軍官們的旗號向湖廣總督府進攻。
這樣一來，十六協的士兵們爲了營救他們的長官們，也紛紛加入了十五協的隊伍，整個新軍第八鎮不到兩個小時的功夫全部宣佈起義。
瑞澄沒有想到自己捅了馬蜂窩，急忙命令巡防營鎮壓新軍。
然而，巡防營不過是舊式八旗和綠營兵改編而來，抓人還可以，打仗卻是慫貨。而新軍第八鎮乃是張之洞的自強軍改編而來，戰力強悍，至凌晨四點左右，巡防營不敵，紛紛撤退。
革命黨迅速攻佔湖廣總督府，但瑞澄比耗子跑的都快，在巡防營的掩護下已經溜進了英國領事館。
宋教仁嚴令不得攻擊洋人，恐遭致列強發難，因此新軍追至租借外便撤回。
5月5日早上8點，經過十個小時的激戰後，起義軍基本上控制了武昌城。
由於事發突然，革命黨沒有絲毫準備。好在宋教仁在武昌，革命黨有了主心骨方纔轉危爲安。
然而，起義軍沒有目的性，可以說是盲目的。很多新軍官兵都不知道怎麼回事，跟着亂打一通後才知道瑞澄跑了，武昌城歸了革命黨。
爲了組織革命，宋教仁命革命黨和起義軍主要軍官們聚集在湖北諮議局大樓會議廳開會，孫武等人同時召集了立憲派等革命激進分子，以及諮議局的一干議員們一起，商討組建軍政府和推舉都督人選。
會議由諮議局議長湯化龍主持，副議長張國溶以及議員，還有黎元洪、吳兆麟參加。革命黨方面由宋教仁、孫武、彭楚藩、劉復基、楊宏勝、吳醒漢、徐達明等列席。
革命黨推舉宋教仁爲臨時軍政府大都督，立憲派則推薦黎元洪。
歷史在這一刻再次改寫，武昌起義提前了，宋教仁沒有離開武昌去上海，革命黨有了主心骨，另外骨幹孫武沒有負傷，彭楚藩、劉復基、楊宏勝等人也沒有被瑞澄處死，革命黨力量強大，立憲派不敵。
最終黎元洪未能當選大都督，而宋教仁取而代之最終當選。
幾個小時的會議結束後，決定成立大漢湖北軍政府，由宋教仁擔任大都督，黎元洪爲副都督，湯化龍爲總參議，孫武爲湖北軍司令。
5日中午，武昌城內最後一股巡防營被消滅，全城光復。
晚上8點，湖北軍政府成立謀略處。
在謀略處的主持下，宣佈成立中華民國軍政府鄂軍都督府，公佈軍政府檄文和《安民佈告》，宣佈改國號爲中華民國，廢除清朝宣統年號，改用黃帝紀元，宣統三年改爲黃帝紀元4609年。
軍政府建立參謀部、軍務部、政事部、外交部。以諮議局大樓爲辦公地，以十八星旗爲軍旗。謀略處以軍政府名義發佈《佈告全國電》，《通告各省文》等文告通電全國。
兩天後革命黨胡玉珍、邱文彬、趙承武等在漢陽發動起義，光復漢陽；隨後趙承武率起義軍攻佔漢口。
至5月8日後，武漢三鎮全部掌握在革命軍手中。