晚上11點，武昌上空下起微雨。北風漸起，裹挾著細雨，和黑暗一起拍打著武昌城。
起義人馬向總督衙門發動了第一輪進攻。中和門和蛇山上的炮隊向總督衙門開炮，星星點點的炮火時而照亮一方天空。多路起義官兵在炮火支持下，向總督衙門方向進發。沿途有藏在黑暗處的清軍用機關槍掃射阻擾，起義官兵在巷戰中艱難推進。
戰鬥進行了約一個小時，槍聲有所減弱。偵察兵向吳兆麟報告說，各路隊伍因為天黑不能展開，炮兵也不能找到準確目標。除了蔡濟民帶領的隊伍剪斷了武昌全城的電線外，其餘各路隊伍均無進展。
天太黑，怎麼辦？吳兆麟決定采用火攻。正好附近有一家雜貨店，士兵們向店主買了數十罐煤油，兵分三組，每組三到五人，提著油罐一路放火。半個小時後，烈焰衝天，火借風勢迅速蔓延，越燒越旺，總督衙門周圍頓時變成了一片火海。炮隊有了目標，集中火力開炮。一會兒，總督府的官署、鍾樓、簽押房和花廳都被擊中。
湖廣總督瑞澂早從夢中驚醒，忐忑地等待著局勢的變化。他急切需要知道各處的情況，得知電話被切斷後，焦急萬狀。他判斷起義軍開始接管城市，失去了抵抗的勇氣。想到劉複基三人血淋淋的腦袋，瑞澂知道自己一旦落入起義軍手中凶多吉少，對自己的身家性命憂慮萬分。當起義軍的炮彈落到總督衙門內，他看到窗外的炮火，聽著越來越近的喊殺聲，惶恐到了極點。瑞澂決定開溜，現在不跑就怕沒有機會了。瑞澂不敢由總督府大門出去——怕與衝鋒的起義官兵狹路相逢。可是總督衙門又沒有後門。原來，清朝的列祖列宗早就擔心後輩出現瑞澂這樣貪生怕死的封疆大吏，為了阻止不肖後輩棄城而逃，規定各地督撫衙門隻能有正門，不許開後門。瑞澂性命要緊，管不了那麼多了，下令士兵將衙門後邊的圍牆打穿。打出了一個低矮的門洞後，瑞澂帶著衛兵一個排，叫上家眷，從洞裏爬出去，落荒而逃。他出了文昌門，登上“楚豫號”兵船。聚集在總督衙門裏的鐵忠等一群官吏，見一把手瑞澂帶頭爬洞而逃，也相繼帶人從這個洞口爬出去，跟在瑞澂一幹人後麵，登上了楚豫號。
瑞澂臨陣脫逃，瓦解了還在頑抗的清軍的軍心，鼓舞了衝鋒向前的起義者的士氣。它算是宏大曆史事件中的一個偶然插曲，卻對全局產生了重要作用。當時武昌城內，有將近一萬名新軍官兵（約占總數的三分之二）並沒有參加起義，還在觀望猶豫中。“此時的瑞澂，如果能鎮定一點，親自率軍抵抗，群龍無首的暴動者能否成功，實在是未定之數。哪怕他學葉名琛，來個‘不死，不降，不走’，結局也許會有點不一樣，至少，統製張彪的抵抗，會更賣力一點。起義的親曆者革命黨人新軍士兵曹亞伯說，‘瑞澂若不走，督府之教練隊必不退，而未響應之各部隊既無宗旨，又成觀望，必與革命軍為敵。’起義成敗還真難說。可是，這邊起義者的槍一響，他就挖開督府的院牆開溜，溜到江中楚豫號軍艦上，擺開一個隨時準備逃之夭夭的架勢，一下子，人心就散了。”（張鳴：《瑞澂之走》）
總督衙門的戰鬥還在繼續。熊秉坤率領的起義軍在衙門正麵遭到清軍困獸般的負隅頑抗，戰鬥十分激烈。為了突破敵人的對抗，熊秉坤挑選了40名精悍的士兵組成敢死隊，進行火攻。隊員王世龍手提煤油、木柴冒死躍上鍾鼓樓放火。清軍紛紛把槍口對準王世龍，王世龍被密集的火力擊中，不幸壯烈犧牲。然而鍾鼓樓還是著火了，火勢大作，映襯著敢死隊員們視死如歸的氣魄。他們冒著槍林彈雨，奮勇殺敵。清軍被敢死隊員們大無畏的氣勢所震懾，放棄東轅門，敗退到西轅門去了。起義軍乘勢呼喊著追到西轅門。不料，總督衙門大堂之中的清兵，突然用機關槍向外猛烈掃射，起義軍又被瘋狂的火力給攔截住了。這時候，隻見敢死隊員紀鴻鈞提著一桶煤油，穿梭在密集的子彈中，成功躍入總署門房。清兵見狀，集中火力向他掃射。紀鴻鈞英勇獻身，死前縱火成功。門房升騰起熊熊的烈焰，很快蔓延到總督衙門的大堂。頑抗的清軍慌忙逃散。起義官兵呐喊著，衝入總督衙門，清除殘敵。