1911年四川發生保路運動，清廷將部分湖北新軍調往平定，留守湖北新軍中的一些革命黨人計劃在10月16日發動革命。但10月9日事跡敗露，導致革命黨人彭楚藩、劉復基、楊宏勝遭處死，新軍中的黨人害怕被追究，躁動不安，10月10日晚間金兆龍、程定國因為偶發事件槍擊排長陶啟聖，釀成變故，熊秉坤、蔡濟民、吳醒漢等人於是先發制人，齊集猛攻湖廣督署，湖廣總督瑞澂出逃後督署陷落，至12日攻陷武漢三鎮，成立民國軍政府鄂軍都督府。
起義爆發時，黎元洪任新軍21混成協統領，在武漢地區清軍中地位僅次於最高領導人張彪。早在起義前，革命黨人內部便有推舉黎元洪為都督的建議。10月11日晨，革命黨的蔡濟民、王文錦等在黃陂一帶找到黎元洪的時候，他正在其參謀劉文吉宅內隱匿不出。
黎元洪在起義前後的立場是不贊成革命的。被推舉為都督後，他仍十分猶豫，提出都督當為剛出獄的革命黨人劉仲文或胡瑛擔任。此語一出，一時起義軍內部謠言四起，甚至謠傳黎元洪絕食自殺。直到黎元洪為了制止起義軍方面的顧忠偉殘殺滿人的行為而傳出一道口令稱「忽得濫殺旗人，革命黨是文明的，顧某如此胡鬧，是野蠻行為，余不取也」，關於黎絕食自殺的傳聞才告平息。此後，在都督府召開的一次會議上，由於黎元洪態度消極，朱樹烈以舉刀自殺相逼，黎元洪方才鄭重表示：「朱君樹烈，今夜舉動，是義勇，不是粗暴，言論是正大，不是噪安，元洪極端贊成，極端欽佩。並在會議席上表示：『凡經元洪劃諾判行者，決心負責辦理，完成革命大業，從此次會議起，嗣後不但與諸君同生，並與諸君共死，如食其言，元洪非我漢族黃帝子孫也！ 」
武昌起義發生以來，各省紛起相應獨立號召，截至10月10日，獨立省份已達14個，創建統一政府成為迫切任務。
關於臨時中央政府究竟是建在上海，還是武漢，革命黨人各有各算盤，各有各道理，都不願讓步，都在爭奪籌組中央政府的主動權。湖北軍政府在全國有很高的威望，武昌為首義之地，是「起義首功，同盟牛耳，眾意屬之」，它的一舉一動，直接影響著各省的進退。爭來爭去，最後還是上海方面讓步，同意在武漢成立臨時中央，於是各省代表開始奔赴武漢，抵達武漢之時，形勢又發生逆轉，革命黨人的處境大為不利，清軍在袁世凱指揮下，攻占了漢陽，炮擊武昌，代表會議只能改在漢口英租界的順昌洋行內舉行。
武昌岌岌可危，袁世凱的北洋軍隨時可以占領，就在這個時候，12月2日，革命軍攻克南京，各省代表議決以南京為臨時政府所在地，並選舉臨時大總統，並且一致同意，只要有十省以上之代表到達，即可召開代表大會，臨時大總統未舉定以前，仍認鄂軍都督府為中央軍政府，有代表各省軍府之權。12月4日，各省都督府代表還沒到南京，留在上海的上海都督陳其美，江蘇都督程德全，浙江都督湯壽潛，以及章太炎和蔡元培等革命黨人在一起開會，選舉黃興為大元帥，黎元洪為副元帥，隨即通電全國。
在武昌的黎元洪得此消息，大為震怒，12月8日致電已經光復的各省都督各省代表均到鄂，議定臨時政府組織大綱，並訂期在南京公舉臨時大總統，組織臨時政府。經敝處通電各省，諒已達覽。現忽據來電稱滬上有十四省代表，推舉黃興為大元帥，元洪為副元帥之說，情節甚為支離，如實有其事，請設法聲明取銷，以免淆亂耳目。
也難怪黎元洪要生氣，上這個選舉顯然不合法，有點自說自話。既然決定在南京「公舉臨時大總統」，蘇浙滬都督通過留滬代表選舉黃興為大元帥，顯然違背了大家的決議。大家心裡都明白，這時候的大元帥，基本上就是大總統的意思。
各省都督的代表陸續到達南京，為了誰當大元帥忿忿不平，喋喋不休，有的軍人認為黃興根本不會打仗，聲稱不隸屬漢陽敗將之下。黃興聽了心裡不痛快，提出了辭職，舉薦黎元洪為大元帥。於是各省代表在南京的江蘇省咨議局開會，「改舉黎元洪為大元帥，黃為副元帥」。決議「黎大元帥暫駐武昌，由副元帥代行大元帥職權，組織臨時政府」。黎元洪這下高興了，立刻致電南京，表示樂意「承受大元帥名義，並委副元帥代行其職權」。黃興則不樂意，不甘心屈居人下，表示堅決要辭去副元帥之職。
就在這時候，孫中山回國了。12月25日，孫中山抵達上海。黃興、陳其美、宋教仁等人密商推舉孫為大總統，並分頭向各省代表致意。孫中山也抓緊時間，會見各省都督府代表，這些代表專程從南京趕到上海，為組織臨時中央政府聽取孫的意見。被問到「代表團擬舉先生為臨時政府大元帥，先生之意如何？」時，孫中山回答很乾脆：「要選舉，就選舉大總統，不必選舉大元帥，因為大元帥的名稱在外國並非國家之元首。」
12月29日，各省代表會在南京選舉臨時大總統，孫中山當選臨時大總統。