次年，井勿幕再赴日本，與趙世鈺等在東京組織同盟會陝西分會。1908年，井勿幕從日本回陝西。那王子端、李仲特、焦子靜、張拜雲等已在西安創辦健本學堂，成為同盟會的重要活動據點。
井勿幕在陝西各地奔走，在三原辦了畜牧場，說要預備養好了馬將來革命時編馬隊用。因沒槍械彈藥，便於1911年5月返回西安，籌措資金，派張奚若到日本購買手槍和炸藥，未果。
後又請熊克武在上海購買製造彈藥的機器。也未成功。井勿幕多方購買槍械彈藥均沒著落，也就難以發動起義。但經過井勿幕等人的艱苦努力，陝西的革命力量與日俱增。
另一批在陝西新軍中的同盟會員也在著手做起義的準備工作，擔任營副的錢鼎成為主要人物。陝西新軍中還有一名同盟會員張鳳翽，在革命黨人中享有很高威信。
武昌起義的消息傳來，革命黨人於22日發動炮隊三營、馬步隊二營，先後起義，攻占省城西安，自巡撫以下清吏逃避一空。後分兵據渭南、臨潼等縣。革命黨人公推同盟會員張鳳翽為陝西複漢大統領（後改稱都督），成立了陝西軍政府。
陝西起義後的第7天，山西便在10月29日響應。
山西、陝西地域毗連，兩省革命黨人早有聯係。他們曾約定同時起義，相互策應。陝西起義後，山西群思起義，舉事如箭在弦，隨時都可爆發。
山西革命黨人力量，主要在新軍中，新軍中有一批軍事人材，他們大多是留日學習軍事的，起義後被推選為都督的28歲標統閻錫山，就是其中之一。
閻錫山字百川，號龍池，堂名斌役堂，是山西五台縣河邊村人。
1902年，閻錫山考入了山西武備學堂。1904年被保送到日本留學，先入東京振武學校，畢業後入日本陸軍士官學校第六期。在資產階級民主革命思潮的響下，他於1905年10月加入同盟會，曾會見孫中山並參與製訂了同盟會的“南響北應”的戰略決策，即同盟會在“南部各省起義時，須在晉省遙應”。從此，閻錫山登上了政治舞台。
1909年，26歲的閻錫山畢業回國，他繞道北京，謁見清朝陸軍部左丞姚錫光。他自稱是留日歸國的學生代表，談吐謙恭而莊重，得到姚錫光的賞識。姚的兒子姚鴻法是山西新軍協統，他寫信囑咐兒子優待閻錫山。閻錫山回太原即任山西陸軍小學教官，3個月後升為監督。
當年11月，奉召赴京參加陸軍部舉辦的留日歸國士官生會試，考列上等（分優上中三等），被賞給陸軍步兵科舉人並授予協軍校（相當少尉）的軍銜。當時陸軍部提出新軍協統以下軍官須以學生或帶過新軍者充任，閻錫山在幾個月之內即升任山西新軍第四十三協第八十六標教練官與標統（相當於上校團長）。在此前後，閻錫山同其他同盟會員秘密進行革命活動，把山西新軍的領導權基本上掌握在同盟會員和革命同情者的手中。
辛亥後，在太原的同盟會員密謀響應，但因新軍有槍無彈（當局害怕起義收走了子彈），未能發難。10月28日，第八十五標奉命出發南下平亂，領到了子彈，閻錫山等同盟會員當即決定起義。29日晨，該標同盟會員楊彭齡、張煌等宣布起義，公推管帶姚以價為起義軍總司令。起義軍攻入城內，殺死山西巡撫陸鍾琦，成立軍政府，公推閻錫山為都督。
參加辛亥革命是閻錫山一生中最光彩的一頁。孫中山於1912年9月視察太原時曾高度評價閻錫山：“去歲武昌起義，不半載竟告成功，此實山西之力，閻君百川之功。……倘非山西起義，斷絕南北交通，天下事未可知也”。
武昌起義之星火迅速呈燎原之勢，其它各省也起義紛紛響應：
10月23日，江西同盟會會員林森、蔣群、蔡蕙等人策動九江的新軍舉行起義，勝利後即宣告獨立，次日成立九江軍政分府，推舉第二十七混成協第五十三標標統馬毓寶為九江軍政分府都督。消息傳到南昌，紳學商各界聯合新軍協統吳介璋起事，初十宣告獨立，推舉吳介璋為江西軍都督。不久吳被周恩灝推翻，改由彭程萬繼任江西軍都督。九江的馬毓寶乘南昌內亂，帶兵到南昌去奪帥印，九江由朱漢濤任留守司令。因朱無能，同盟會會員鼓動軍隊殺了朱漢濤，改推陳廷訓繼任九江軍司令，並派歐陽武帶兵進省，趕走了馬毓寶，最後由同盟會會員李烈鈞繼任江西軍都督。
10月29日，直隸發生灤州兵諫。新軍第二十鎮統製張紹曾聯合第三十九協協統伍祥禎、四十協協統潘榘楹、第二混成協協統藍天蔚、第三鎮第五協協統盧永祥等，在直隸灤州打電報向清政府提出類似最後通牒的十二條，要求在本年內召集國會，由國會起草憲法，選舉責任內閣，並規定皇族不得充當國務大臣。
當時雲南是軍事重鎮，所以駐軍比一般的省區為多，有新軍第十九鎮一鎮，統製是鍾麟，下轄卅七協協統蔡鍔，卅八協協統曲同豐，總參議是靳雲鵬。雲南總督李經羲對蔡鍔最為賞識，蔡鍔乃推薦士官同學羅佩金為七十四標標統，唐繼堯和雷飆為管帶，於是雲南新軍將領中多是留日士官學生。10月30日，雲南同盟會會員李根源聯合新軍的蔡鍔、羅佩金、唐繼堯等人率領新軍發動重九起義，次日占領昆明，成立雲南軍政府，推舉蔡鍔為都督。蔡鍔派兵護送李經羲出境，鍾麟因抗拒革命被殺，靳雲鵬化裝轎夫逃出雲南。
11月3日，上海同盟會、光複會、上海商團的陳其美、張承槱、李平書、李英石、李燮和等在上海發動武裝起義，主要力量有張承槱、劉福標等人組織的青幫洪幫敢死隊，李平書和李英石的上海商團武裝，李燮和聯絡的吳淞地區起義軍警，朱家驊、徐霽生等人組織的中國敬死團。4日，最後攻占江南製造局，上海光複；8日，成立中華民國軍政府滬軍都督府，推舉陳其美為都督。