同盟會成立後不到一年，在國內外先後設立支部，加盟的成員超過一萬人。在《民報》發刊一周年時，同盟會在錦輝館召開了紀念大會，有6000人參加，盛況空前。孫中山在會上發表了題為《三民主義與中國的前途》的演說。在這篇演說裏，孫中山特別提出了不僅要消滅皇帝，還要消滅皇權思想的結論。這一精辟的結論贏得了聽眾一陣又一陣的熱烈掌聲。這段時期，同盟會真是人才濟濟。孫中山覺得舉行大革命的條件成熟了，莊嚴地宣稱：中國現今正處在一次偉大的民族運動的前夕，將滿洲韃子從我們的國土上驅逐出去。決心已下，矢誌不移。從1906年至1911年這不平凡的五年中，孫中山連續組織和領導了九次武裝起義，向清政府發起了不停頓的猛烈進攻。其中，1911年4月27日（宣統三年三月二十九日）的黃花崗起義對清政府的打擊最沉重。孫中山後來指出：“是役也，碧血橫飛。浩氣四塞，草木為之含悲，風雲為之變色，一全國久蜇之人心，乃大興奮。怨憤所積，如怒排壑，不可遏抑。不到半載而武昌之大革命以成，則斯役之價值，直可驚天地，泣鬼神，與武昌革命之役並壽。”這些起義雖然都悲壯地失敗了，但孫中山對革命的前途充滿信心。他堅信革命一定會有成功的那一天。革命黨人終於在第11次的偉大行動，即1911年10月10日，武昌起義的一聲槍響，迅速的埋葬了清王朝，開始了一個新的時代。
孫中山沒有參加這次起義，但起義將士把他奉為“中國的華盛頓”。因為，從1895年廣州起事、1900年惠州起義到1911年4月27日震驚中外的黃花崗之役，由孫中山策劃、組織、鼓舞的反清武裝起義共有10次，盡管十起十落，但為武昌起義的勝利創造了條件，為人們的革命指明了方向。武昌起義的第三天，遠在美國北部籌募革命經費的孫中山，從報紙上得悉武昌起義成功的消息，萬分激動，欣喜若狂。他本想立即回國，指揮革命軍作戰，但為了爭取西方國家對中國革命的同情和支持，決定暫不回國。他放棄了在美國籌款的計劃，從紐約轉赴英國，又從英國跑到法國，滿腔熱忱地開展外交活動，但得到的卻是兩國的冷遇。孫中山認為中國革命讓外國在華利益有損，所以這些列強是靠不住的。
12月25日，孫中山海外回國，到達上海，受到以黃興為首的革命黨人和市民的歡迎。當時到處傳揚孫中山將從國外帶來巨款，中外記者擁擠著向他提問。他則莊嚴宣告：“予不名一文，所帶回者，革命之精神耳！”孫中山的回來，使革命派聲勢大振。12月29日，17省代表在南京舉行臨時大總統的選舉，每省一票，孫中山以16票的絕對多數被選。
1912年元旦，孫中山在南京就任臨時大總統，宣告中華民國臨時政府成立，以1912年為民國元年，並決定改用公曆。在南京總統府，孫中山懷著激動的心情，發表了簡潔而有力的就職宣誓：“顛覆滿清專製政府，鞏固中華民國，圖謀民生幸福，此國民之公意，文實遵之，以忠於國，為眾服務……”宣誓畢，各省代表捧授大總統印信，用它來取代被打落的皇冠與玉璽。孫中山在擔任臨時大總統的短短三個多月內，頒布了30多條有利於推行民主政治和發展資本主義的政策和法令。在孫中山主持下，臨時參議院通過的《中華民國臨時約法》，由孫中山以臨時大總統的名義於1912年3月11日（民國元年三月十一日）頒布，使古老的中國大地放射出近代民主主義的絢爛光輝。
孫中山領導的辛亥革命，不僅推翻了統治中國260多年的清朝政府，結束了長達2000餘年的封建君主專製製度，而且在一定程度為新民主主義革命開辟了前進的道路，為整個亞洲的解放送去了光明，這無論是對中國和世界，還是對曆史和未來都產生了重大影響。
然而，“振興中華”的道路畢竟是崎嶇曲折的。當億萬民眾正為中華民國的勝利誕生而盡情狂歡高呼“共和萬歲”時，孫中山在帝國主義和袁世凱的強大壓力下，於4月1日，被迫辭去了大總統的職務。革命的勝利果實被北洋軍閥袁世凱竊取了。中國又陷入了一片黑暗之中。
正當孫中山再赴日本，考察鐵路狀況並籌措鐵路貸款時，袁世凱策劃的廢除《臨時約法》，暗殺宋教仁的罪惡槍聲，把孫中山從幻夢中驚醒。孫中山沉痛地說：“我的辭職是一個巨大的政治錯誤。”知錯即改，從頭做起。1913年3月27日，他由日本返回上海，當晚在黃興寓所討論對策。會上，他力排眾議，認為對竊國大盜袁世凱不能用法律解決，非用武力不可。會後，他衝破阻力，發動江西、安徽、廣東等省革命黨人興師討袁，並把這場戰爭稱為“二次革命”。由於袁世凱在軍事等方麵占優勢，加上革命黨人事先未做充分準備，討袁軍事行動不統一，“二次革命”旋即失敗。孫中山被迫再次逃亡日本。“二次革命”是辛亥革命後孫中山為首的資產階級革命派反對北洋軍閥鬥爭的開始，表現了革命黨人反對專製、保衛革命果實的頑強鬥爭精神。