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当时，孙中山每天都应邀到各处演说，忙碌不堪。香港方面却一直没有复电，一周之间孙中山连发三封电报给胡汉民，但均无消息，孙中山一直心情沉重。一次原定3个小时的演讲，但一直情绪非常不安的孙中山只演讲了一个小时便难以为继，以至于早就耳闻“孙先生演讲口若悬河”的一些听众，都怀疑是假冒者来代替他演讲。
直到5月3号晚上，孙中山终于收到了胡汉民的回电，得知黄兴等人安然无恙的消息，孙中山才心情舒展。
黄花岗之役，革命党受创之重，也是自革命以来最严重的一次。革命党人的精英——先锋队员们大部分壮烈牺牲，还有一些人在被捕后遇害。孙中山用饱含激情的口吻，赞扬了民国创建前最后一刻付出生命的烈士们：
是役也，碧血横飞，浩气四塞，草木为之含悲，风云因而变色。全国久蛰之人心，乃大兴奋。怨愤所积，如怒涛排壑，不可遏抑，不半载而武昌之大革命以成。则斯役之价值，直可惊天地、泣鬼神，与武昌革命之役并寿。
“首义第一枪”
一次又一次的起义虽然都以失败而告终，清王朝仍在支撑着摇摇欲坠的政权，像一只千疮百孔的破船，随时将被革命的怒涛吞没。果然，1911年10月10日，埋葬清朝统治的武昌起义爆发了。
1911年7月31日，宋教仁、陈其美等人在上海成立同盟会中部总会，任命居正主持成立湖北分会。这时的武汉，革命思想已深入人心，军界和知识分子中倾向革命、加入革命党的人越来越多，而且革命党得到了共进会领导人刘公的5000元捐款，解决了经费问题，于是革命党决定在武汉举行起义，推居正等到上海，与宋教仁等商量购买军火，并请黄兴、谭人凤来湖北领导革命起义。
1911年1月30日，湖北新军中革命党人蒋翊武、刘复基等成立文学社，坚持湖北从科学补习所以来至振武学社各革命团体的一贯传统，继续以新军为主要对象发展革命力量。1907年在东京成立的共进会，领导人于1908年相继回国，准备按计划在各省策动起义，其中以湖北共进会成效最为显著。
1911年9月24日，文学社和共进会在胭脂巷机关举行会议，一致决议定于10月6日（农历八月十五日）举行起义，还推举蒋翊武为革命军临时司令，孙武为参谋总长。不幸的是，6日起义的决定走漏了风声，甚至被公开登在汉口的报纸上。不得已，总机关决定将起义推迟到10月9日，即农历八月十八夜举行，其余均依原定计划进行。
10月9日上午，孙武与邓玉麟在汉口俄租界宝善里14号机关配制炸药，11号则是共进会领导人刘公的寓所。下午3点，刘公的弟弟刘同来到14号，不巧烟灰落下的火星引起爆炸，将孙武烧伤。俄国领事带领警察，将刘公夫人和刘同等逮捕，搜出有中华民国军政府鄂省大都督之印、告示、革命党人名册等物。清朝风闻革命党起义消息，要求驻汉口的俄领事予以协助。
当天早晨，蒋翊武由岳州回到武汉，正与同志们讨论起义之事时，忽然得知孙武出事的消息。当时风声更紧，湖广总督瑞澂下令武汉戒严，街上布满了军警，清兵正在按搜到的名册在各营中抓捕革命党人。蒋翊武同意提前发难，然后以“临时总司令”名义起草了一份命令，约定当晚12点起义，以炮声为号。
到了晚上12点，蒋翊武等人仍在机关二楼等候起义，楼下开着留声机以作掩护；忽然大队军警来到这里，开始“砰砰”地砸门。刘复基开门后，从楼口扔下一枚炸弹，不料误炸了楼梯，弹片反射又伤及自己，刘负伤后被捕。蒋翊武、彭楚藩等想从邻舍屋顶逃走不成，也被捕。但在押送途中，蒋翊武与另位两位同志相继逃走。当天晚上，彭楚藩、刘复基与杨洪胜三位革命党人便被湖北都督瑞澂杀于督署门外。
天亮以后，形势更加危急。因为新军炮兵与工程等营加入革命的士兵名册被查获，清兵开始在各营中搜捕革命党人。
消息传到工程八营，革命党在该营的总代表熊秉坤深感形势严峻，若不当机立断，起义就会夭折。于是熊秉坤便利用早餐机会集中各队（连）党人代表，秘密商量，熊说：“今日反亦死，不反亦死，大丈夫能惊天动地，虽死犹烈！”这席话获得在场代表的一致赞成。当时大家决定晚间第一次点名后起义，以3声枪响为号，先杀掉敢于抵抗的反动长官，再攻占楚望台军械库。
因为枪弹已被没收，吕功超回家取来他哥哥存的两盒子弹，于郁文等人从其排长处偷来了两盒子弹，这就是起义的全部枪弹。其他营的新军也决定不计成败在当天晚上起义。但早有防备的清政府却下令湖北全军停止晚操，使熊秉坤原来的计划无法实施。
晚上8点多，二排长陶启胜得到起义情报后，带人闯进一排来侦查，正好看见程定国、金兆龙等人正在换枪装子弹，大声呵斥：“想造反吗？”金兆龙也回答：“造反怎么样？”陶启胜想先发制人，猛扑过来，抓住金兆龙双手，金兆龙大声喊：“同志们再不动手，等到什么时候？”程定国举起枪托猛击陶，陶启胜向外逃时，被程定国举枪射中腰部。武昌起义的第一枪就这样打响了。
1914年，孙中山在东京指着熊秉坤向同志们介绍说：“这就是武昌起义放第一枪的熊秉坤同志啊！”后在《孙文学说》中，又称“熊秉坤首先开枪发难”。但如果仔细考察历史史实的话，这种说法并不准确。
10月10日之夜，武昌城火光闪闪，炮声隆隆，喊杀声和欢呼声混成一片。当程定国打了具有历史性的一枪后，“全营轰动”，枪声此起彼伏，熊秉坤带着队伍来到楼门，将反抗的工程营代理管带阮某等3人打死，然后鸣笛集合。起义士兵起来响应，夺取了武器弹药。熊秉坤率队出营，这时城北也火光连天，原来是二十一混成协辎重工程营李选皋也发动了起义，两队都向楚望台军械所方向奔去。
楚望台设有军械库，里面藏有从德国、日本购买和汉阳兵工厂制造的大量军火，一向由工八营派兵守卫。那里的革命人早已作好了起义准备，听到工八营营房枪响，他们赶跑了这里的反动军官，迅速占领了军械库，与赶来的熊秉坤等会合。接着许多邻近兵营的革命党人也率部奔赴楚望台，楚望台顿时成为起义部队的大本营。
为了加强指挥，起义军公推工程八营队官（连长）昊兆麟为临时总指挥，熊秉坤为副总指挥。命令金兆龙带一队士兵打开中和门（今起义门）迎接南湖炮队，熊秉坤等兵分3路进攻湖广总署。
进攻湖广总署的3路起义军，战斗十分艰苦，进展缓慢，曾一度受挫。10月10日夜晚，雨雾茫茫，一片漆黑，炮弹的命中率低，而总署衙门墙高厚垒，当时又有最先进的机关枪组成的强大火力网，同时总督瑞澂和第八填统制（师长）张彪把5000清军布防在通向湖广总署的各条要道，使3路起义军沿途受阻。为了改变被动局面，吴兆麟、熊秉坤一面组织各路义军发起猛攻，一面决定火攻助威。在进攻总署衙门时，不少附近的居民自愿参加了这场具有历史意义的战斗。他们熟悉地形，又乐于献出自己的住房，同义军一起纵火，火光冲天，照得总署衙门一片通明，连门前的旗杆都清晰可见，为炮队指明了炮击目标。
大炮的怒吼，击中了总署签押房，使负隅顽抗的清军胆战心寒。瑞澂闻风后十分恐慌，命令手下将督署后的围墙打穿，带领卫兵由吴家巷潜逃，出文昌门，仓皇登上“楚豫”舰。
熊秉坤率领的第三路义军在总署衙门正面遭到清军困兽般的顽抗，战斗十分激烈。为了尽早消灭敌人，熊秉坤挑选了40名精悍的士兵组成敢死队，他们冒着枪林弹雨奋勇杀敌。革命勇士王世龙手提煤油、木柴冒死跃上钟鼓楼放火，不幸壮烈牺牲，然而钟鼓楼火势大作。在大炮的掩护下，起义军冲进总署东辕门（今武昌造船厂东大门）。守在总署大门前的清军，凭借武器的优势，用机枪向起义军疯狂扫射，作最后的挣扎。
这时，工程营士兵纪鸿钧手提一桶煤油，冒着密集的弹雨，跃上总署耳房破桶纵火成功，自己却在战斗中英勇献身，熊熊的烈焰蔓延到总署大堂。起义军乘势猛攻，歼敌无数。
辛亥“首义”经过一夜的鏖战，革命军终于攻克了清政府在湖广的最高统治机关——湖广总署，占领了武昌城。11日清晨，革命军旗帜高高飘扬在白云黄鹤的上空，一群群起义官兵兴高采烈地相互祝贺，相互拥抱。起义成功了！到了10月11日下午，武昌完全光复，大小官吏都逃走了，12日汉口光复，13日汉阳也光复。各军和学生们组队在街头宣传革命宗旨。革命军得到了大约4000万元的清军库存，经济充裕，局势趋于稳定。
武昌首义后不到两个月，全国24省中，便有14省举起了义旗，宣告独立，使得清王朝迅速陷入土崩瓦解的境地。这一年是中国阴历辛亥年，这次波澜壮阔的革命运动，由是称之为“辛亥革命”。
革命中心之外的孙中山
当武昌起义的第一枪响起时，孙中山正在前往美国科罗拉多州丹佛市的旅途中。十多天前，他在旅途中接到黄兴从香港打来的电报。可是，密电码本随着行李先运送到了丹佛市，孙中山一时无法译出。直到1911年10月11日晚到了丹佛市，从行李中捡出密电码本，他才知道：“居正从武昌到港，报告新军必动，请速汇款应急。”
此刻，孙中山无法筹得款项。他本想马上拟电回复，建议黄兴他们暂时不要采取行动。可是，当时已是深夜，加之多日奔波，筹款演说，思想烦乱，一时拿不定主意，只得上床睡觉，打算明晨精神清爽时候，好好思虑一番，再去复电。
旅途疲乏，使得孙中山一觉醒来，已是10月12日上午11点多。在去饭堂用餐的路上，经过走廊报摊，他顺便购买一份报纸携入餐厅。他坐下一看，一段电讯赫然写道：“武昌为革命党占领。”
开始，孙中山简直不敢相信自己的眼睛，待他再看两遍，便紧紧抓住那张报纸。惊喜交集的心情可以想见。孙中山匆匆吃过早餐，立刻回到旅馆。一个重要的问题，需要他马上回答：是马上回国直接指挥战斗，还是先在欧美进行外交活动？
经过一番思考，孙中山决定暂时还是留在国外，走访美、英、法3国政府，争取国际对新政权的支持。他认为，在这关键时刻，外交活动是“可以举足轻重为我成败存亡所系者”，于革命成功更有裨益。他决定从纽约去欧洲，先从外交方面做出努力，解决革命党与西欧各国的关系，然后再回国。
可是，帝国主义列强对辛亥革命的态度，并不像孙中山估计的那样。孙中山活动的第一个重点首先是美国政府。在赴纽约途中，路过圣路易斯，看到报上载有“武昌革命军为奉孙逸仙命令而起者，拟建共和国体，其首任总统当属之孙逸仙”的文字，孙中山意识到，中国革命已为世界所关注，为了避免不必要的麻烦，他在途中格外谨慎，避免会见一切报馆访员。可是，他到了芝加哥，又满怀激情地为中国同盟会芝加哥分会代拟了召开预祝中华民国成立大会的布告：
武昌已于本月19日（农历）光复，义声所播，国人莫不额手相庆，而虏运行将告终。本会谨择于24日开预祝中华民国成立大会，仰各界侨胞届期踊跃齐临庆祝，以壮声威，有厚望焉！
此大会后，有十多家西方报纸想采访孙中山，但都被他拒绝。尽管如此，“孙逸仙”这个名字已经频频成为这段时间外电报道的重点对象。其中英国《每日电讯报》的一篇文章是这样写的：
孙逸仙博士的信徒设在纽约的总部，昨天晚上挤满了人。据称，几乎每一个出席者都会讲流利的英语。墙上悬挂着孙逸仙博士的巨幅油画肖像，还有其他穿着革命军军装的士兵和海员像。大家都在谈论革命。
10月20日，孙中山自华盛顿抵达纽约。在纽约，他对华侨演讲共和政治，向美国朝野人士介绍中国革命宗旨，希望博得他们的同情。同时，他确定今后革命计划，拟由黄兴领导湖北革命军对清作战，由胡汉民、朱执信诸人相机争取广东反正，并致电两广总督张鸣歧，敦促他率领所部归降。
当时，孙中山是以化名前住纽约的。为保密起见，除同志每日因事谒见外，外界无人知晓。
11月2日，当黄兴在湖北军政府紧急会议上被推举为中华民国军政府战时总司令时，孙中山正乘坐在从纽约开往伦敦的轮船上，英国是孙中山为一个新政权开展外交努力的第二个国家。11月14日，孙中山委托他人与英国外交大臣格雷交涉，再一次向英国政府“止绝清廷一切借款”等三项要求，除此之外，还表达了强烈希望取得英国对中国革命的“友谊和支持”，向其借款100万英镑，并允诺革命胜利以后，“给英美在华若干优先权利”。
孙中山提出的要求遭到英国外交大臣格雷的否定，并在英外交部传为笑柄，称孙中山为“理论性的与喜说大言的政治家”。而格雷仍作绅士状地表示“英国将保持中立”。孙中山充满希望的英伦之行，也并不如愿。
虽然英国外交大臣此时并不看好这位来自遥远东方的革命者，但他并不知道，就在他冷冷拒绝孙中山的同时，在中国国内，江苏都督程德全已致电各省都督，希望孙中山回国组织临时政府。电文里说：
大局粗定，军政、民政亟须统一，拟联合东南各军政府公电恳请孙中山先生迅速回国组织临时政府，以一事权。中山先生为首创革命之人，中外人民皆深信仰，组织临时政府，舍伊莫属。我公力顾大局，想亦无不赞成，即祈速复。
两天后，孙中山在致民国军政府电中，第一次公开表达了对民国总统人选的态度：“今闻已有上海议会之组织，欣慰。总统自当推定黎君。闻黎有请推袁之说，合宜亦善……”
后来