武昌起義後，五十天內全國十四省和上海市先後響應，宣布脫離清朝統治而獨立。為統一步調，把革命推向最後勝利，建立全國統一革命政權不僅十分必要而且有了現實基礎。但是，在建立政權過程中，各派勢力之間同樣存在著激烈鬥爭。宣統三年九月二十一日（1911年11月11日），江蘇都督程德全、浙江都督湯壽潛聯電滬督陳其美，倡議於上海設立臨時議會機關，以處理內外關係。次日，程、湯即用蘇、浙兩省名義電請全國各省派代表來滬，商組臨時政府。二十五日（15日），依據“兩省以上代表到會即行開議”的意見，上海、江蘇、福建代表舉行第一次會議，正式建立“各省都督府代表聯合會”。然而早在上海方麵發出通電前三日（十九日），武昌方麵已由黎元洪署銜通電各省，請速派代表赴鄂商組臨時政府。結果，湘、蘇、閩、浙、直、魯、豫、滬等省區都督府或諮議局（未獨立省份）派代表至滬與會；贛、粵、桂等省都督府派代表徑赴湖北。於是上海各省都督府代表會致電黎元洪、黃興，要求會議在滬舉行；考慮到武昌為起義地區，三十日（20日）又議決：“承認武昌為民國中央軍政府，以鄂軍都督執行中央政務。”武昌方麵立予反駁：“即以湖北為中央軍政府，則代表會亦應在政府所在地。府、院地隔數千裏，辦事實多遲滯，非常時期，恐失機宜。”①接著便派居正等到滬，力爭各省代表會在湖北舉行。上海方麵審時度勢，感覺不宜再堅持原議，於是在十月初五（11月25日）議決：“各省代表赴鄂，宜各有一人留滬；赴鄂者議組織臨時政府事，留滬者聯絡聲氣，以為鄂會後援。”
十月上旬，鄂、湘、閩、魯、蘇、皖、桂、直、豫、浙、川等十一省代表二十三人陸續到達武漢。此時恰值清軍攻陷漢陽，武昌危急，因此代表會隻得在漢口英租界順昌洋行內舉行。十月初十（11月30日），代表會正式開會，舉譚人鳳為議長。會議至十六日（12月6日）暫時休會，主要議決以下事項：（一）通過《臨時政府組織大綱》二十一條；（二）同意與北方停戰，接受南北方舉行“議和談判”。確定以推翻清政府，建立共和政體為議和條件。會議期間，江浙聯軍攻克南京，代表會當即議決：臨時政府設於南京；各省代表轉到南京開會，俟十省以上代表出席，即開會選舉大總統。可是，南京克複後第三天（十月十四日），陳其美、程德全、湯壽潛三位都督搶先邀集各省留滬代表舉行會議，決定暫以南京為臨時政府所在地；選舉黃興為大元帥、黎元洪為副元帥，由大元帥負責籌組臨時政府，實際是將大總統一職暫時虛位以待袁世凱。
袁世凱像明信片漢口代表會議認為上海代表選舉不合法定人數，對所選元帥、副元帥不予承認。十月二十二日（12月12日），十五省都督府代表抵南京開會，舉湯爾和為議長。不料又出枝節，二十五日浙江代表陳毅向代表會報告：袁世凱代表到漢時，已表示“袁內閣亦主張共和”。當天北方議和代表唐紹儀通過胡瑛和王正廷從武漢也急電南京各省代表，說袁“極願平和了結”，“寧會選舉，務乞稍緩”。會外袁世凱插手，會內立憲派和投機政客響應附和，迫代表會決定：緩舉臨時大總統，承認上海所舉大元帥、副元帥，並在《臨時政府組織大綱》中追加一條：大總統未舉定以前，其職權由大元帥暫任之。然而因為武昌方麵本來就反對關於黃興為正、黎元洪為副的決議，這時蘇、浙軍人又以漢陽敗績為借口反對黃興當大元帥，故代表會又隻好在二十七日改舉黎元洪為大元帥，暫駐武昌；黃興副之，代行大元帥職權，組織臨時政府。此刻黃興已得到孫中山即將歸國之確訊，認為組織政府應待孫中山決定，固並未到職。
孫中山是革命派公認領袖，在全國人民中享有崇高威望。他在美國得到武昌起義成功消息後，為促成民國建立，即開始遍訪美、英、法等國朝野人士，力爭他們對新政權予以政治上和經濟上支持。十一月初六（12月25日），孫中山抵達上海，受到各界群眾熱烈歡迎。初十（29日），各省代表在南京舉行臨時大總統選舉，與會十七省代表，每省一票，孫中山以十六票當選。一九一二年一月一日（宣統三年十一月十三日）孫中山在南京宣誓就任臨時大總統。正式宣告中華民國成立。二日，通令各省改用陽曆，定一九一二年為民國元年。三日各省代表會議增選黎元洪為臨時副總統；通過孫中山提出的國務員（各部總長）名單：黃興為陸軍總長、王寵惠為外交總長、蔡元培為教育總長（以上三人為同盟會員）、張謇為實業總長、湯壽潛為交通總長（以上二人為江浙立憲派首領）、程德全為內務總長（舊官僚）、黃鍾英為海軍總長（起義艦長）、伍廷芳為司法總長、陳錦濤為財政總長（以上二人均在清政府任過職，又是受西方影響較深的法學和理財專家）。按照總統製組織原則以及同盟會所確定之“部長取名、次長取實”的辦法，孫中山直接任命的九部次長、三局局長和總統府秘書長，均為同盟會骨幹。二十八日，由各省都督府各指派三名代表在南京組成臨時參議院，作為立法機關；四十三名臨時參議員中，同盟會員占三十三人，自治學社一人，與革命派有過聯係的紳士一人，立憲派八人；同盟會員林森、王正廷為正副議長。至此，與君主專製相對立的共和國的政權體製、組織機構基本確定。