震惊中外的黄花岗起义和四川等省的保路运动，激起了资产阶级民主革命潮流的高涨。1911年9月24日，早就在湖北军学界积蓄了革命力量的文学社和湖北共进会，正式联合成立了起义的临时总指挥部，推蒋翊武为总指挥，孙武为参谋长，并拟定了起义的详细计划，决定在10月6日中秋节起义。但由于时间紧迫，推迟到11日发动。
始料未及的是，10月9日，孙武在汉口宝善里14号机关检试炸弹时不慎引起爆炸而受伤，被抬入医院。机关内所有印章、旗帜、名册、布告和预制的“中华银行”钞票都被搜走，由俄国巡捕送给了清政府。邓玉麟闻讯赶至医院，问孙武有何应急计划，孙武说：“宝善里失事，机密全泄，名册抄去，清吏必按名搜捕。只有马上动手，还可死里求生。”并要邓速去武昌小朝街85号军事指挥部，敦促立即行动。10月9日晚，湖北当局派出军警，破获武昌小朝街85号机关及其他秘密机关多处，逮捕起义骨干分子刘复基、彭楚藩、杨洪胜等30多人，蒋翊武乘混乱逃走。
10月10日早晨，彭楚藩、刘复基、杨洪胜三志士在湖广总督署英勇就义的消息传开，军警的搜捕仍在紧张进行。许多革命党人和发动起来的新军士兵自忖生死存亡在此一举，与其坐以待毙，不如拼死求生。起义如箭在弦上，一触即发。晚7时许，驻中和门内第八镇所属工程兵第八营营房里首先发生士兵哗变，佐被击毙。该营党人总代表、新军后队正目（相当于班长）熊秉坤见状率数十名起义士兵奔向中和门附近的楚望台军械库，在本营驻防军械库士兵的策应下，占领了军械库，并打开了库门。起义部队得到军火，士气大振。这时，聚集在楚望台的起义士兵有300多人。由于孙武负伤住院，蒋翊武在军警搜捕时脱逃，其他起义领导人或殉难或彼捕，现场群龙无首，无法统一指挥。在场职位最高的熊秉坤以总代表的身份负责现场指挥，尽力稳住军心。这时，有士兵建议，把起义时躲避起来的左队队官（相当于连长）吴兆麟找来当总指挥。熊秉坤胸怀全局，考虑自己职卑位低，恐难左右局势，会给起义带來不良后果，于是欣然顺应士兵要求，推举吴兆麟当临时总指挥。吴兆麟原是日知会会员，后来没有参加任何革命组织，但有一定的指挥能力。他不负众望，立即命令一部分兵力加强楚望台一带的警戒，同时，派人与城内外其他革命部队联系。城内外得知事起的革命部队纷纷向楚望台集结。
在各起义部队向楚望台集结的同时，吴兆麟、熊秉坤已率起义部队向湖广总督署发起进攻。战斗进行得很艰苦，起义军不克而返。南湖炮队入城，楚望台、蛇山等处的炮击开始以后，战局出现转机。新军各标、营更多的士兵起义响应，而营以上军官见势不妙，绝大多数保命离营。起义军经过3次进攻，终于在炮队的密切配合下，于天明前攻克广总督署及第八镇司令部。第八镇统制兼防营提督张彪在司令部被攻克前逃往汉口。随后，起义军所向披靡，藩台衙门很快也被起义军占领。
经过一夜鏖战，到10月11日上午，武昌全城光复。九角十八星革命军旗帜在武昌城头上高高飘扬。次日，起义军收复汉口和汉阳，武汉三镇全在革命军掌握之中了。
武昌起义胜利后，革命军于1911年10月11日建立了中国历史上第一个资产阶级性质的地方革命政权——中华民国湖北军政府。武昌起义不到两个月，全国响应。至11月底，湖南、陕西、江西、山西、云南、上海、浙江、江苏、贵州、安徽、广西、福建、广东、四川14个省区先后宣布独立，脱离清朝，建立了军政府，形成全国规模的辛亥革命运动。清王朝在全国革命的打击下，很快土崩瓦解。