10月6日起义湖南难以准备妥当，因此请展期10天。再加上同盟会的重要领导人黄兴、宋教仁等未能赶到武汉。所以起义指挥部决定10月16日湘鄂两省同时发难。
然而到了10月9日，孙武等人在汉口俄租界配制炸弹时不慎引起爆炸。俄国巡捕闻声而至，搜去**党人名册、起义文告、旗帜等，起义秘密因此而泄露。俄国巡捕并拘捕刘同等6人，随即引渡湖北当局。
清廷湖广总督瑞澄下令关闭四城，四处搜捕**党人。情急之下，**党决定立即于10月9日晚12时发动起义。但武昌城内戒备森严，各标营**党人无法取得联络，当晚的计划落空。在失去蒋翊武、孙武、刘公等人的组织和联络之后，新军中的低层**党人不得不自行联络，约定以枪声为号于1911年10月10日晚发动起义。
10月10日晚，武昌起义正式打响第一枪，以当时军职最高的第八镇工程营左队队官（连长）吴兆麟为临时总指挥，吴兆麟不是同盟会员，而是日知会成员。在付出惨重的代价下夺取了位于中和门附近的楚望台军械所，缴获步枪数万支，大炮数十门，子弹数十万发，为起义的胜利奠定了基础。此时，驻守武昌城外的辎重队、炮兵营、工程队的**党人亦以举火为号，发动了起义，并向楚望台齐集。武昌城内的29标的蔡济民和30标的吴醒汉亦率领部分起义士兵冲出营门，赶往楚望台；尔后，武昌城内外各标营的**党人也纷纷率众起义，并赶向楚望台，起义人数多达3000多人。
晚10点半，起义军兵分三路进攻总督衙门和附近的第八镇司令部，炮兵第八标则在中和门及蛇山占领发射阵地，向总督衙门和第八镇司令部进行炮击。刚开始时，由于起义军没有得力指挥，进攻极为不顺，再加上兵力上不够，进攻几次受挫。凌晨过后，起义军再次发起猛烈攻击，并将火把丢入总督府和第八镇司令部内，引到炮兵进行炮击，受到炮火打击的清军抵挡不住，总督瑞澄打破督署后墙，从长江坐船逃走，而第八镇统制张彪仍旧在司