接著，胡漢民宣讀宣言，海陸軍將士代表徐紹楨致頌詞，孫中山答詞，表示要竭盡心力不辜負國民公意。代表和海陸軍將士三呼“中華共和萬歲”，禮成，奏樂，散會。總統就任典禮就此結束，孫中山成為臨時大總統，南京臨時政府成立了。君主專製製度在中國大地被推翻了。1月3日，各省代表又選舉副總統。黎元洪全票當選。
南京臨時政府基本由同盟會控製。政權組織原則是孫中山倡導的總統製。之前，宋教仁主張責任內閣製，將行政權交給內閣總理，以總統為虛職，被孫中山等人否決。因此，南京臨時政府沒有總理，由總統負責行政。內閣也由孫中山提名組織。王朝體製下的內閣組織不能適應新形勢，得重新組織。原來的尚書、侍郎名稱也不能用了，有人提議用“卿”來代替，因為容易讓人聯想起君臣公卿而被否決，最後決定新政府的長官叫“長”，正職叫“總長”，副職叫“次長”。
就職後，孫中山向各省代表提出了內閣名單。第一次提名的內閣組織和成員名單如下：陸軍總長黃興，海軍總長黃鍾瑛，外交總長王寵惠，內務總長宋教仁，財政總長陳錦濤，司法總長伍廷芳，教育總長章太炎，實業總長張謇，交通總長湯壽潛。但是，名單中的宋教仁和章太炎沒有獲得通過。於是孫中山作了修改，將內務總長換做程德全，教育總長換做蔡元培，內閣名單才被通過。
在內閣成員中，除了黃興、王寵惠和蔡元培是同盟會員外，其他各位總長多數是立憲派和前清官員。表麵看起來，臨時政府中同盟會勢力低落，但實際上由於臨時政府成立時間短，國內事務繁亂，除了黃興和蔡元培外，其他總長不是無法到任（比如在任都督的各位總長）、不願到任（比如張謇，他同時“兼任”著清朝內閣的大臣），就是在外為特定事務奔波（比如伍廷芳負責南北和談，王寵惠在上海爭取外國承認），各部門實際主持工作的是次長。孫中山提名的次長名單如下：陸軍次長蔣作賓，海軍次長湯薌銘，外交次長魏宸組，內務次長居正，財政次長王鴻猷，司法次長呂誌伊，教育次長景耀月，實業次長馬君武，交通次長於右任。除了海軍次長外，其他次長都是同盟會員。海軍次長湯薌銘，原係清朝海軍副艦長，對他的提名曾引起一場風波。湯薌銘是黃興提議的，任命後被留學生揭發曾經在歐洲盜竊孫中山的皮包用來向清政府駐法國公使邀功。有人埋怨黃興失察，也有人說皮包失竊一事孫中山並沒有宣揚，如今又重用湯薌銘是寬宏大度的表現。因為次長實際主持工作，人們常說臨時政府“部長取名，次長取實”，是“次長內閣”。在位總長和主持工作的次長全部是同盟會員，也就意味著臨時政府完全掌握在同盟會手裏。
陸軍部長黃興兼任了臨時政府的參謀總長，協調各處軍事，又協助孫中山負責人事，是事實上的政府第二號人物。而被各省代表否決的宋教仁，被孫中山任命為總統府法製局長；章太炎被聘任為總統府顧問。此外，胡漢民被任命為總統府秘書長。
以上就是中國的第一屆民主政府的組成了。我們可以說它是“民主政府”，卻不能說它是“民選政府”。因為它是由各省代表會議產生的。這些代表是地方都督委任的，本身就沒有經過選舉，再由他們投票通過的政府自然不能算是民選政府了。臨時政府成立後，建立相應的最高立法機關就成了當務之急。臨時政府和各省代表會議商議，決定由各省各“推舉”3名參議員，到南京成立臨時參議院。各省都督接到通知後，有的將原來的都督代表順延為參議員，有的重新派出了新人。多數省份是3名參議員，少數省份隻有1名或2名。1月28日，臨時參議院在南京宣布成立，實際參議員隻有40多人。其中的同盟會員超過了30人，控製著參議院的絕對多數。同盟會員林森擔任了議長。
籌組臨時政府人選時，孫中山剛從海外歸來，對國內人事情況並不了解，人事安排一般遵從黃興的意見。人事問題向來是政權的核心難題，要照顧到方方麵麵的利益和感受。組織政府前，湖北代表劉成禺等就向孫中山建議多照顧武昌起義的諸位將領，免得武漢方麵埋怨、失望。但黃興和武漢方麵因為棄守武昌一事把關係鬧僵了，不願推介武漢人選。最終的政府中，除了黎元洪因首義名聲難以忽視擔任副總統外，湖北人在臨時政府中沒有一席之地。蔡濟民、蔣翊武、孫武、吳兆麟等起義功臣都名落孫山。孫武之前公開表示想當陸軍部次長，還特地跑到上海給各方麵做“公關”。可黃興就是不予考慮，後來任命的各部次長不但幾乎全是同盟會員，而且大多是起義成功後從海外歸國的。這讓參加各省起義卻沒能進入臨時政府的國內同誌們有意見。孫武更是大失所望，一氣之下跑回武昌。湖北方麵和南京臨時政府開始貌合神離。之後，孫武聯絡了失意的湖北革命黨人和少數政客成立“民社”，擁黎元洪為首領，和同盟會暗中較量，埋下了民國初期種種政治糾紛的隱患。