在帝製公開活動的過程中，袁世凱看不見全國人民的力量，看不見在全國範圍內日益增長的反帝製、反賣國的民主運動和愛國主義運動。
在人民群眾與獨裁者勢不兩立的緊張狀態下，隻要有一處點起星星之火，便可有燎原之勢。一些本來對袁世凱還抱有幻想的人也開始丟掉最後幻想，梁啟超，也想鼓起勇氣來發動討袁事業。他說：“當此普天同憤之時，我若不自樹立……我為牛後，何以自存？”
一天，梁啟超的學生蔡鍔從北京到天津來訪他，他們在密談中決定了發動反帝製的全盤計劃。梁啟超極力鼓動蔡鍔利用在雲南的威望，回去進行反袁鬥爭。此次與蔡鍔同赴天律的還有雲吉班的妓女小鳳仙。
蔡鍔受梁啟超影響很大，參加過進步黨，和革命黨人關係也相當密切。進京後發覺袁氏父子圖謀不軌，即謹慎地做著反袁準備。
在籌安會發起前，楊度幾乎每天不斷地到棉花胡同訪問蔡鍔，勸他加入籌安會作為發起人之一。蔡鍔借詞推脫。蔡到天津也是事前和楊商量好的，楊請他以師生關係勸梁不要發表反對帝製的議論。蔡鍔回北京後，就用“人各有誌，不能相強”的話來回答。
為了避免袁黨的猜疑，8月25日雲南會館將校聯歡會發起軍界請願改行帝製時，蔡提筆簽了頭名。此後他常和楊度等在八大胡同飲酒看花，挑選雲吉班妓女小鳳仙作為他的冶遊對象，因此袁黨漸漸地把他當作一個沒有誌氣的人物。
袁世凱早就心存顧慮，梁啟超從不開口附和帝製，可能成為他在輿論界可怕的敵人，而西南雲貴等省是北洋軍勢力所不及的一個大缺口，可能成為軍事上的隱患地帶。
蔡鍔電召卸任不久的貴州巡按使戴戡到北京來，即成為蔡鍔與雲貴將領秘密聯係的中間人。蔡鍔派王伯群攜帶密函先到昆明，他和戴戡、陳敬銘兩人各著大禮服共攝一影，留作“不成功即成仁”的紀念。
蔡鍔通過士官老同學張孝準等人的關係，與東京國民黨軍人派也有秘密聯係。國民黨軍人派首領黃興早已看中了雲南是北洋軍的空白地區，想利用這個地區作為討袁的根據地，因此派了很多朋友到雲南進行反袁活動。這些人到了雲南，更加了解到雲南人民對蔡鍔有好感。特別是雲南將領對蔡鍔的印象很深，如果蔡鍔能夠到雲南，反袁的武裝力量就容易組織起來。為了加強聯係，張孝準派了一個人到北京，將密電碼一本交給蔡。隨後又派李小川持密函到北京，商量討袁計劃。
由於棉花胡同蔡宅經常有南方人和陌生麵孔往來，引起了偵探們的注意。10月14日，蔡鍔起床不久，聽見門外傳來大吵大鬧的聲音：他的看門人說，這裏是蔡將軍的住宅，不許你們檢查；另外一個粗暴的聲音說，不管什麼將軍，咱們一定要執行檢查。隨後就有一個天津口音的劉誹長帶領著七八名如狼似虎的兵士衝進來，在各間屋子裏翻箱倒篋地搜了一陣，卻什麼也沒搜到。直到他們呼嘯而去，蔡鍔才打電話找軍政執法處處長雷震春講話。那時雷還沒有起床，等到下午，雷才回了一個電話說：“這是一場誤會，真是豈有此理！”
袁世凱從蔡鍔那裏搜不到任何證據，因而放鬆了對他的偵察。從10月下旬起，蔡鍔就經常請病假，不久借著一個與小鳳仙乘車出遊的機會，十分機警地溜到了東車站。梁啟超早巳派老家人曹福買了一張車票塞在他的手中。他們兩人在車中裝做互不相識。火車到了天津站，曹福護送他到意租界會見梁，與梁會談後，又護送他到日租界同仁醫院預先定好的房間下榻。
有一次，小鳳仙問蔡鍔：“將軍，你為什麼要反對袁世凱當皇帝？”
蔡鍔簡單解釋說：“現在我們大家見麵拉拉手就行了，如果讓袁做了皇帝，我們就要向他跪拜，那還受得了？”
與梁啟超會晤後，蔡鍔又化裝去了日本，再轉香港和越南海防人雲南。在此期間，他囑人給袁世凱寫了一個去日本看病的報告，並托人每隔幾天從日本寄回假信，報告病情和遊曆情況。使袁不致生疑。
袁世凱得知蔡鍔逃走，召財政總長周學熙說：“設財政部於鬆坡請款以時相應，彼獲有所施為，何至心灰意喪，背我而去。以彼臨行之謀虜深遠斷之，此人之精悍，遠在黃興及諸民黨之上，即宋教仁或亦非所能匹。”
袁對蔡極其痛恨，密令開遠縣知事張一昆鳥暗殺。幸得鐵路警察和一班士兵嚴密保護，蔡乃得於12月19日安全抵達昆明。
蔡鍔到達昆明以前，雲南已經像是一座待要爆發的火山。雲南兵力共有兩師一旅的警備隊40營。中級軍官鄧泰中、楊蓁、董鴻猷、黃永祉等都勸雲南將軍唐繼堯發動討袁軍事，特別是蔡宅被搜查的消息傳到雲南，大家的情緒更為激昂。唐繼堯借口各方情況不明，極力勸他們不要操之過急。
由於士官老同學、國民黨友人和部下將領都一致主張討袁，特別是以前提拔過他而現在仍與雲南軍民及各方麵都有密切關係的蔡鍔即將冒險而來，唐受到很大的影響。
蔡鍔的到達，使雲南的人心更加振奮，但是唐對雲南軍和北洋軍力量的對比仍然存有很大顧慮。蔡鍔向他說到不但全國人民反對袁世凱做皇帝，就是北洋軍大將馮國璋、段祺瑞也都反對定做皇帝。這時候，由南京宣武上將軍署轉來梁啟超的一個密電，電報內容是講袁決定派周自齊為赴日贈勳特使，準備賣國換取日本承認帝製。
這個電報打亂了蔡鍔的行動計劃。他原擬到雲南後於23日統率雲南軍偷襲四川，搶在袁世凱調兵遣將之前占領四川，計劃20天之內完成這個任務，然後通電討袁。由於得到這個電報，蔡鍔感到一旦日袁條約若成，外交上將發生阻力，因此他變更計劃提前宣布討袁，並由雲南軍發布對外宣言，承認以前與外國所簽定的一切條約均繼續有效，但在雲南宣布討袁後所簽訂者均不承認。
蔡鍔寫信給梁啟超說：“宣布過遲，固有妨大局，宣布早，殊於軍事計劃大受影響。”
果然，後來雲南軍開到四川不久，北洋軍就源源不絕地調到四川前線來，使雲南軍的進展受到很大的阻力。
22日，雲南軍高級將領在護國寺召開討袁動員大會，蔡在會上發表了激動人心的演說。他說：“我們興師討袁，所爭者四萬萬同胞之人格，而絕非個人權利地位之私。我們與其屈膝而生，毋寧斷頭而死！”感染了在座的將領。關於組織討袁軍的問題，本擬稱為“共和軍”，以示討伐帝製之意。有人提醒說，討袁乃是全國各黨各派和全國人民的一致要求，如果稱為“共和軍”，恐與共和黨之名稱相混淆，徒示人以不廣，因此就地取材（護國寺），決定稱為“護國軍”，以示擁護共和國體之意。唐繼堯提出先禮後兵，如果袁拒絕接受，才算“師出有名”。唐的意見被大家采納，於是有了上述23日的通牒電和25日的獨立討袁電。 雲南獨立後，廢除了將軍、巡按使稱號，成立雲南軍政府，推舉唐繼堯為都督，並次第建立護國軍三軍。蔡鍔任第一軍總司令，出兵四川。這是護國軍的主力，共3000餘人。李烈鈞任第二軍總司令，計劃經廣西，攻擊湘贛。第三軍為預備隊，唐繼堯兼總司令。 護國軍成立後，昆明市的男女老幼熱淚盈眶，懸旗結彩熱烈慶祝，“打倒賣國賊袁世凱！”“擁護民主共和！”“中華民國萬歲！”
正當袁世凱急切盼望1916年元旦舉行登極大典的時候，1915年12月23日，雲南將軍唐繼堯、巡按使任可澄發來的一封電報擺在了他的案前。電報寫道： “自國體問題發生，群情惶駭，重以列強幹涉，民氣益複騷然，僉謂大總統兩次就職宣誓，皆言恪遵《約法》，擁護共和，皇天後土，實聞斯言，億兆銘心，萬邦傾耳。記曰：‘與國人交，止於信’；又曰‘民無信不立’。今食言背誓，何以禦民？比者代表議決，吏民勸進，推戴之誠，雖若一致，然利誘威迫，非出本心；而變更國體之原動力，實發自京師，其首難之人，皆大總統之股肱之膂。蓋揚度等六人所倡之等安會，煽動於最初；朱啟鈐等人所發各省之通電，促成於繼起；大總統知而不罪，民惑實滋。查三年十一月二十四日（實為二十三日）申令有雲：‘民主共和，載在《約法》，邪詞惑眾，厥有常刑；嗣後如有作讕言，紊亂國憲者，即照內亂罪從嚴懲辦’等語。今楊度等之公然集會，朱啟鈐等之秘密電商，皆為內亂事重要罪犯，證據鑿然；應請大總統查照前各申今，立將楊度、孫毓筠、嚴複、劉師培、李燮和、胡瑛等六人，及朱啟鈐、段芝貴、周自齊、梁士詒、張鎮芳、雷震春、袁乃寬等七人，即日明正典刑，以謝天下！更為擁護共和之約言，煥發帝製永除之明誓，庶幾民〖HTL〗NFED5〖HTK〗頓息，國本不播。否則此間軍民，痛忿久積，非得有中央擁護共和之實據，萬難鎮撫。以上所請，乞以二十四小時答複。謹率三軍，翹企待命。”
這是一個要袁世凱擁護共和、放棄帝製的最後通牒，電中所楊度、朱啟鈐等人，被稱為“十三太保”。袁閱後大吃一驚，額上滲出冷汗，最害怕最擔心的問題到底發生了。怎麼辦呢？他一麵請英國公使朱爾典電令駐滇英國領事葛夫以私人名義勸唐收回這個“最後通牒”，英國方麵願意從中幹旋；一麵裝糊塗，叫政事堂於25日複電，列舉唐繼堯以前所發的勸進各電，認為“事隔三日，背馳千裏，本政事堂實不信貴處有此極端反複之電，想是他人捏造，末便轉呈，請另具印文，親筆簽名，迅速寄京，以便核轉。”想以他人捏造代發為詞，讓唐、任收回前電。 袁世凱想得太天真了。僅僅過了一天，25日，蔡鍔、唐繼堯、任可澄、戴戡等宣布雲南獨立、聲罪致討的通電又到了。電報指出：
這個電報不再稱袁為“大總統”了，首先指出“天禍中國，元首謀逆”，後麵做出結論說：“既為背叛民國之罪人，當然喪失元首之資格。”這封電報更如一聲春雷，震動了中國大地上空。 袁世凱又令湖南巡按使沈金鑒查抄蔡鍔在籍的財產，但蔡沒有不動產，他的母親和妻子都躲藏起來，隻有一個辦木廠的兄弟，卻又早已分了家。
雲南獨立之通電，震撼了袁氏渴望的皇帝寶座。討伐袁世凱叛國稱帝的號角首先從雲南吹響，不是偶然的。雲南地處西南邊陲，北洋軍勢力尚未達到，軍隊中的中下級軍官和政界要人多是蔡鍔的部下，民主思想濃厚，絕大多數反對帝製，中級軍官曾數次密議討袁，商訂起義日期和作戰的口號聲和爆竹聲，震天動地，徹夜不息。“眼看金馬騰空日，坐待黃龍痛飲時”，“立馬華山推翻帝製，揮戈燕地擁護共和”等等鼓舞人心的對聯，貼滿了家家戶戶門口。士兵高舉“再造神州”的五色大旗，神情振奮。退伍戰士紛紛歸隊，廣大青年踴躍入伍。學生組織起宣講團分赴各縣巡回演說，商紳各界亦積極讚助。整個昆明城沸騰起來了。
護國軍三個軍的戰鬥序列為：第一軍出兵四川，為討袁主力，總司令為蔡鍔，參謀長為羅佩金。下轄三個梯團，第一梯團長劉雲蜂，第二梯團長趙又新，第三梯團長顧品珍。第二軍出兵兩廣，相機進取湘贛，總司令是李烈鈞，參謀長為何國鈞，梯團長有張開儒、方聲濤等。第三軍總司令由唐繼堯兼，任留守，負責前線補給，策應一、二兩軍。 蔡鍔來到雲南之前，原已製訂了一套偷襲四川的軍事計劃，估計20天內可以完成這個任務，然後通電討袁。但是，由於接到梁啟超的密電，得知袁政府將派特使赴日，顧慮到如果日袁達成某種條約，日本政府將由反袁轉為助袁，因此變更計劃，提前宣布討袁；並由雲南等政府發表對外宣言，承認以前北京政府與各國所訂條約一律繼續有效，但在雲南宣布討定後所訂者則概不承認。這個宣言是根據新的外交形勢而定的。當時，蔡鍔有信給梁啟超說：“宣布（討袁）過遲，固有妨大局；宣布早，殊與軍事計劃大受影響。”由於雲南是通電後出師，使袁得以迅速調兵入川。後來的確使滇軍在四川的進展受到很大的阻力。
雲南獨立，宣告了“民意”的破產，敲響了帝製的喪鍾。袁世凱又驚又懼，又氣又恨，急令政事堂、參政院、統率辦事處通電予以駁斥。26日，政事堂再來一電，勸唐不要出爾反爾。“政見不同，盡可討論。為虎作倀，智士不為。既經全國讚成君憲，雲南亦表讚成，奈何出爾反爾，有類兒戲！”27日，袁世凱下令大罵蔡鍔，說他：“請假赴日就醫，何以潛行至滇，脅誘唐、任”，真是“訁壽張為幻，反複之尤”。參政院羅列了蔡、唐等“構中外之惡感”、“違背國民公意”和“誣蔑元首”三條“罪狀”，呈請立於宣布，克日出兵討伐。各省將軍、巡按使、都統、巡閱使、護軍校亦奉命表態，請袁於1916年元旦“早正大位，以安人心而維大局”。29日，袁下令奪唐、任二人的官職，派滇軍第一師師長張子貞代理雲南將軍，第二師師長劉祖武代理雲南巡按使，責成他們押解蔡、唐等人來京治罪。這種用權位引誘部下背叛長官、挑撥離間的手段並不高明，張、劉並不買帳。他們當即通電各地：“子貞等出萬死不顧一生之計，興斯義舉，絕係出於愛國之一片熱誠，既非威所能脅，亦豈利所能動？”揭穿了袁世凱的鬼把戲。
麵對即將蔓延的反對帝製的燎原大火，袁世凱不但不刹車，反而更急。於12月31日申令改元，以明年為洪憲元年。1916年元旦，他不敢舉行登基大典，但對內稱中華帝國，改用洪憲紀元。關於“洪憲”的含義，袁的一位心腹解釋說：洪是大的意思，因此明朝開國就把年號定為洪武，洪是個吉字。憲是憲法，現在雖然稱帝，也是君主立憲，並不是專製皇帝。洪憲兩字，洪表明皇帝功德之大，憲表明帝政之寬。袁世凱開始接受百官朝賀，做起皇帝來了。警察廳、步軍統領衙門派隊四處清查，將“所有門對、牌號、告白、牆壁，有共和等字，與帝製相抵觸者，一概消除”。同日，大典籌各處發出通告，所有奏、谘和一切公牘，自本年一月一日起，一律署洪憲元年。
命令歸命令，人民並不買帳。“洪憲”字樣僅僅見於袁政府的文告和禦用報紙上，人民並不采用，上海各報社仍用中華民國紀年。袁大怒，立命內務部、交通部以專政手段強製執行。兩部向報社發出嚴重警告：“如再沿用民國五年，不奉中央政令，即照《報紙條例》，嚴行取締，停止郵遞。”各報為維持發行，便將民國紀元改為公曆紀元，仍不用“洪憲”年號。內務部一壓到底，各報才在公曆之下橫徘“洪憲元年”6號小號字，應付搪塞。 同時，政府的對外文件凡書寫“洪憲”元年的均被退回，他無可奈何，隻好仍用民國年號，以總統身份對外交涉。這樣便出現了帝國和民國並存，中國既非民國又非帝國，既是帝國又是民國的荒唐局麵；袁世凱對內是皇帝，對外則是總統，也成了個既非總統又非皇帝、既是總統又是皇帝、非驢非馬的怪物。故外國報紙稱之為“皇帝總統”。對此有人諷刺說：“對內稱皇帝，對外稱總統，怎麼稱呼好呢？就叫皇帝總統吧。”還有人說：“皇帝是中國的元首，總統是外國的元首，現在袁世凱又當皇帝又當總統，真可以叫他中西合壁的元首了。”
袁世凱稱帝不僅得不到全國人民的承認，就是他的親弟弟、親妹妹也起來反對。
袁世凱最小的胞弟是六弟世彤，在項城有田產2000餘畝，也是當地豪門，但他確知袁世凱自為洪憲皇帝時，認為這是有違清親故之舉，於是具書致函給袁世凱，痛加指責。信中也講出一點道理，茲錄於下：
四兄大人尊鑒：兄弟不同德，自古有之。如大舜、周公、柳下惠、司馬牛是也。聖賢尚有兄弟之變，何況平人乎？讀《棠棣》之詩，則必灑淚，蓋有兄弟之感耳。詩雲：兄弟鬩於牆，外禦其侮，每有良朋，也毋戒。此常人常事常情也。若關君父之大義，雖兄弟也難相濟，蓋德同則相濟，德異則相背。大舜聖人也，周公亦聖人也，舜化傲象，以骨肉私嫌，不必加誅之；周公誅管、蔡，乃國家之公罪，故不妨以大義滅親也。吾家數世清德，至兄則不然。二十年來，兄所為之事，均於母教相背，朝中劾兄者四百餘折，兄試撫心自問，上何以對國家，下何以對先祖？母親在生之日，諄諄告誡於吾兄，置若罔聞，將置嚴慈之訓於何地？兄能忠君孝親，乃為吾兄，不能忠君孝親，非吾兄也。弟避兄歸裏，於茲十載矣，前十年或通信，後十年片紙皆絕，今關乎國家之政，先祖之祀，不能不以大義相責也。兄顯達後，一人烹鼎，數年啜汁。弟獨處僻壤，始終不敢過問律。兄為總督，弟為匹夫，兄固不加愛，弟也不敢邀吾兄之愛。弟挑燈織履，次晨市之，清苦猶榮於顯達也。弟視大義於山嶽；富貴如浮雲，惟謹守父母遺訓，甘學孟節老於林下。