一、孫中山的南京臨時政府
革命軍控有大半中國之後，認為有設置中央政府的必要。湖北、雲南倡議各省選派代表，前往武昌籌議規劃，江蘇、浙江主在上海，請孫中山返國組織。十一月十五日，蘇、浙、閩代表決定成立各省都督府代表聯合會，承認鄂軍政府為中華民國中央軍政府。由於武昌力爭，一部分代表赴鄂，一部分留上海。赴鄂代表到武昌時，漢陽已經失守，武昌受威脅，改在漢口英租界開會。十二月二日，議決如袁世凱反正，即舉為臨時大總統。三日，通過中央臨時組織大綱，設臨時總統、國務院。次日得悉南京克復，又議決以南京為中央政府所在地。同日留滬代表有同樣決議，舉黃興為大元帥，黎元洪為副元帥，負責籌劃臨時政府，名為使軍政府早日統一，實為不願由武漢領導，這是陳其美、宋教仁的主張。赴鄂代表及黎元洪與立憲派、光復會表示反對，克復南京有功的浙軍將領聲言不願受漢陽敗將黃興的節制，黃遂堅辭不就。十七日，全體代表在南京集會，改舉黎為大元帥，黃為副元帥，代行大元帥職權，黎雖承認，黃終不受。代表左右為難，中央臨時政府一時無從組織。
武昌變起之時，孫中山正在美國，向華僑募款。十月十二日，得知此一意外消息，他認為今後的成敗，列強的態度關係至大，特別是英國與日本的態度。華中、華南屬於英國勢力範圍，日本為英國的同盟，英國的動向實可左右全局，必須取得其對中國革命的諒解，決先去倫敦。時清廷正欲向英、法、德、美四國銀行團借款，朱爾典為迫令清廷將政權交袁世凱，請倫敦拒絕。十月中，四國銀行團在巴黎集議，決定暫不與中國談判。十月下旬，孫抵倫敦，繼續努力，並請英國阻止日本援助清廷。三十日，轉往巴黎，晤法國朝野人士後東歸。十二月二十一日過香港，廣東都督胡漢民來迎，謂袁世凱心懷叵測，孫一至南京、上海，必被各方擁戴。但無兵可用，意見紛淆，命令難行，不如暫留廣州，整理軍務，再鼓行而前，方有勝算。孫不以為然，謂南京、上海為前方，須身當其衝，應四方之矚，弭內部歧趨。否則東南不保，廣東亦難獨支。
十二月二十五日，孫中山抵滬，黃興、陳其美、宋教仁決定組織中央政府，大元帥問題不了自了。二十九日，十七省代表選舉孫為臨時總統，並設置臨時參議院【註：一九一二年一月二十八日，臨時參議院成立，議員為各省都督的代表】。三十一日，通過孫的提議，採行陽曆，以中華民國為紀元，有如歷代的改正朔。中央臨時政府大綱原為總統制，現在改為內閣制，增置副總統。一九一二年一月一日，孫在南京就職。次日，臨時參議院因孫的要求，復變內閣制為總統制。一月三日，黎元洪當選為副總統，黃興任陸軍總長，黃鐘瑛任海軍總長，王寵惠任外交總長，伍廷芳任司法總長，陳錦濤任財政總長，程德全任內務總長，蔡元培任教育總長，張謇任實業總長，湯壽潛任交通總長。陸軍、外交、教育總長屬同盟會，內務、實業、交通總長屬立憲派。海軍、司法、財政總長無所屬。實際在南京任職的僅同盟會二總長，其餘經常駐上海。此一混合內閣，不能算是健全，各省都督又不盡聽命中央。武昌、上海革命黨人早已壁壘分明，上海方面以正統自居，武昌方面以首義功高，而在中央未佔重要位置，憤憤不平，遇事立異【註：王寵惠、伍廷芳、陳錦濤為廣東人，王、陳均為美國耶魯大學博士，蔡元培、湯壽潛為浙江人，張謇為江蘇人，程德全為四川人，黃興為湖南人，黃鐘瑛為福建人，湖北人任次長者雖不少，但無任總長者】。
孫中山之所以不肯暫留廣州的另一原因是，孫「若不至滬、寧，則一切對內對外大計主持，非他人所能勝任」。關於對內，孫亦主張將總統讓袁，假袁之手，推翻滿清，早日實現共和。此後社會當以工商為競點，他願為中國開一新局面，不爭政權。關於對外，孫在巴黎時，曾向記者宣布，民國政府成立後，將與各國商議重訂關稅，取消領事裁判權，收回租界。及就任總統，一月五日正式發佈告友邦書，願與各國人民平等交往，益求輯睦。清政府所訂條約，繼續有效，至期滿為止，清政府所借外債，照舊償還；各國或個人所得權益，照舊尊重，希望各國更篤交誼，靜待民國之成，並盼予以承認，交相提挈，勉進世界於無窮。各國大都不予理會，視為無足重輕。總之，孫的對外對內，所採同為妥協態度，袁與列強亦相互為用。
南京臨時政府的存在僅三個月，大部分時間忙於對袁交涉。最後始顧及到內政改革。較有意義的措施，一為提倡平等觀念，革除官廳的「大人」、「老爺」稱謂，均以官職相稱呼，民間「先生」或「君」相稱呼。二為維護人權，不准刑訊、體罰，鞠獄當視證據為斷。禁止買賣人口，所有人民均得享有公權、私權。三為尊重言論、出版自由。四為男子剪除髮辮，女子不許纏足。五為提倡女權。革命軍興，青年知識婦女爭起以應，或組織女子軍事團、女子國民軍、女子北伐隊，或從事看護、縫紉、募捐。又有女子參政同志會、女界共和協濟會，政府曾予資助。以上政令，雖一時未能貫徹實行，社會觀感則逐漸轉變，平等自由思想遂以普及。
二、清朝告終
對於南方之選舉總統，袁世凱至為不滿，上海和議所訂的召集國民會議辦法同為所不喜。前者他無從阻止，乃以後者為口實，不肯承認。但他並不要決裂，仍施展剛柔並用手段，期達最後目的。一是繼續和談，通知伍廷芳，已准唐紹儀辭職，嗣後彼此直接電商，實際上唐仍在上海與伍接觸。二是利用軍人，嗾使馮國璋聲稱誓死反對共和。三是勾結外力，希望各國相助。
孫中山當選總統的一天，立即電袁。謂係暫時擔承，仍虛位以待，請袁早定大計。袁答以國體尚待公決，不願預聞臨時政府之事。孫再去電，如由袁之力不勞戰爭而達成共和，總統必屬於袁。袁轉而質問伍廷芳以此次選舉總統的用意，並爭國民會議代表名額與召集權，及開會地點。伍謂選舉總統與國民會議絕不相妨。唐紹儀單刀直入，詰伍以總統讓袁，有何把握？孫明白回覆，如清帝退位，即推袁為總統。孫一意想由和平途徑，使共和實現，袁定要確定總統能夠到手，始贊成共和。
上海和議發生頓挫之後，各國公使指責南京的要求不近情理，倘和議因此破裂，南方應任其咎。對袁則盛稱其公平正直，為當代中國最有才能的人物。英、美報紙斥南京政府專橫，缺乏管理國家的經驗與恢復和平的能力，法國且建議由各國逕自提名袁為總統。南京為確立自己的地位，一再籲請各國承認民國政府，並要求清政權不得私相授受，袁不得自設臨時政府。各國承認民國政府後，孫始辭職，再舉袁為總統。英國輿論指為根本動搖過去的協議，使中國陷於嚴重危機。對於承認民國政府，各國均無反應。袁恐清已退而孫不退，全國祇有一個南京政府，他將成為南京政府的屬下。伍廷芳以國際情勢不利，勸孫勿再堅持各國承認。一月二十二日，孫提出最後通融辦法，不堅持各國承認，惟清帝退位須知照各國公使，袁須宣布絕對贊成共和，孫接到公使通知，即行辭職，推袁繼任，袁宣誓遵守參議院所定憲法。如並此而不能行，證明袁不願和平解決，須負戰爭之責。二十七日，復致電各國公使，說明他之對袁讓步，係為了共和。此時蒙古、西藏已因俄、英的煽動，實行獨立，日本高唱對華干涉，準備與俄國分有東三省。孫如與袁相持不下，中國長期爭擾，兵連禍結，前途的屬可慮。
南京自身的弱點亦為孫中山不得不讓步的重大原因。山西大半復為袁軍所有，陝西岌岌不保，皖北要地多失。革命軍人都為臨時招募，有如烏合，北伐徒托空言，財政更是困難莫名，各省極少解款，公債分文未得，借債不能成交，餉糈無著。陸軍總長黃興自承若和議不成，動員為不可能的事。加之內部意見不一，武昌離心，袁又從中分化，漢口、漢陽的局部和議，實際已經成立。江蘇、浙江的立憲派盼和尤殷，總望與袁妥協。無政府主義派復稱，倘為政權而延長戰爭，將無可自恕【註：吳敬恆、李煜瀛均屬無政府主義派】。同盟會會員不盡了解全部革命主義，但求推翻滿清。醉心民主的幹部，亦謂名不必自我而立，功不必自我而成，武力革命時期已過，今後當注全力以爭憲法、國會、內閣。孫早已表示不爭權利，但求共和及早實現。
孫中山以總統讓給袁世凱的第一個條件是清廷必須退位。袁要使清廷退位並不十分困難，但不欲蒙篡奪惡名。他對外國公使說，他之所以不接受孫的條件，是因為不願背棄清朝恩義，欺人孤兒（宣統）寡婦（隆裕），只圖自身安全。不過他總想取得最高政權，從各方運用，使其達成。先以利害遊說奕劻、那桐以及隆裕太后的親信太監張蘭德，謂大勢已去，退位可享種種優待。次由馮國璋輩強親貴大臣捐獻。袁亦說若要對南方討伐，須軍費有著，不然他只好辭職。隆裕至為惶懼，溫諭慰留，發予內帑黃金八萬兩，並命親貴大臣輸財贍軍，而應者寥寥。袁的另一手段，仍為挾外人以相威脅，謂外蒙古已脫離中國，如再不決定態度，東三省亦將難保；南方擬自行召集國民會議，各國勢必承認；各口岸洋商擬請本國政府，強制清廷遜位。不久上海西人商會果然致電奕劻、載灃，勸告遜位。一月十二日王公會議，奕劻主依優待條件交出政權，載澤、載洵、善耆及恭親王溥偉反對，決組宗社黨與南方對抗。十六日，袁向隆裕奏陳情勢危急，內而億萬所趨，非兵力所能平定，外則強鄰虎視，朝廷無地以容。革命軍但求民主，各國調停亦在改革政治，若久事爭持，難免不加干涉。法國革命之時，路易十六如能早順民心輿情，何至子孫靡有孑遺。隆裕聞聽之下，唯有流淚。十七、十八日，御前會議，俱無結論，出使俄國大臣陸徵祥請求「概允共和」的電奏又至。最有效的仍為武力與外交脅迫並施。袁克定早在聯絡北洋將領，張謇請袁示意段祺瑞結約黎元洪，修正國民會議辦法，倘清廷不允照行，軍人即不任戰鬥。袁與各國公使保持密切聯繫，一月二十二日，通知朱爾典，說是處境困難，準備辭職出京。當天朱爾典會同法、俄、日公使聲明贊成清室退位【註：日本以大勢所趨，知維持清廷已無可能，美國不願干涉內政，不曾參加】。一月二十三及二十五日，段祺瑞兩電內閣，一稱軍心動搖，共和思想難以遏止，一責親貴阻撓共和，各將領憤憤不平，將聯銜陳情。革命黨有以為清廷之遲遲不退，係袁作梗，必除之而後已【註：一月二十六日，袁進見隆裕後，行至東華門外，革命黨人張光培、楊裕昌、黃之蔭擲拋炸彈，傷斃多人，袁竟倖免，張等被捕遇害】。滿清親貴則痛恨袁與革命黨裡應外合，亦欲置之於死地。擬以封爵為餌，誘袁入宮謝恩，加以殺害。事被袁和他的左右所窺破，袁憤怨地說：「余力竭聲嘶，為保皇室尊嚴，不意竟以此相待。國之將亡，殆無能救，公輩願如何，即如何。」一月二十六日，段祺瑞等四十七將領的聯銜電報發出【註：列名將士有段芝貴、倪嗣沖、曹錕、王占元、李純、陳光遠、孟恩遠、靳雲鵬、徐樹錚、盧永祥、李厚基、吳光新等】，要求明降諭旨，立定共和政體，以現內閣代表政府，擔任對外事項，再行召集國民會議，組織共和政府。同日，宗社黨健將軍諮使良弼為革命黨人炸死【註：革命黨人為彭家珍，當場身死，良弼重傷，一日後卒】。反對退位的親貴喪膽，善耆、溥偉分逃大連、青島。隆裕太后哀求民政大臣趙秉鈞、外務大臣胡惟德、郵傳大臣梁士詒，懇袁保全她與宣統母子的性命，實行封袁為一等侯爵。袁再四不受，謂人心乖離，軍事困難，外交棘手，請收回成命。馮國璋亦辭禁衛軍總統，以示不負京師治安之責。二十九、三十日御前會議，王公大臣對於退位無人敢再持異議。二月三日，命袁全權與南方商優待條件，不再提國民會議。五日，段祺瑞續責王公敗壞大局，阻撓共和，即率全軍將士入京，和他們剖陳利害，已有兵臨城下之勢。
優待清室為袁與革命黨間的預定方案，上海和議時唐紹儀已將原則提出，汪兆銘草擬具體條款，由袁奏明，遍告親貴。二月十日，經臨時參議院通過，要點為清帝辭位，尊號仍存，中華民國待以外國君主之禮，給以歲用四百萬元，暫居宮禁，清及蒙回藏世爵照舊。這是妥協的另一面，亦是一個奇特現象，中國境內除了自己的政府，另有一個外國君主，民主政體之下，仍有特權階級。
二月十二日（宣統三年十二月二十五），隆裕太后頒布宣統皇帝辭位懿旨，命袁世凱以全權組織臨時共和政府，與民軍協商統一辦法，並由外務部照會各國公使。各王公多避入東交民巷的使館區，奕劻逃往天津租界。退位詔為南京所預擬，出自張謇之手，其中「命袁世凱以全權組織臨時政府」字樣，則係袁所添入，作為自立政府的依據。無論如何清朝總算告終。
三、袁世凱的臨時政府
宣統退位雖為定局，袁世凱仍怕孫中山不肯辭職。二月初，再由段祺瑞分電孫及黎元洪，主張南北兩政府同時取消，預行推定總統。黎以不滿於革命黨人的挾制，為見好於袁，以固自身地位，首先贊同，退位詔頒布的前一天，袁電告南京，謂共和為最良政體，清帝辭位之日，即帝政的終局，永不使君主政體再行於中國，以示履行孫的要求，孫自當實踐辭職諾言，由袁任總統。退位詔頒布的後一日，袁即告「膺命組織政府」，自稱「首領」，建立事實的政權。同日，孫向臨時參議院辭職，薦袁自代，惟袁不當以清帝委任為據，自組政府。袁稱北方軍隊與蒙古代表已推他為總統，「清帝委任一層，無足再論」，表示他已經成了總統，無須定要南方相讓，孫不再深究。二月十五日，臨時參議院選袁為第二任臨時總統，仍選黎元洪為副總統，袁不俟正式受命，即改稱「新舉臨時大總統」，一似他的職位先經清帝委任，北方推戴，再由民國臨時參議院予以追認。
和談期間，孫中山已提出臨時政府須設於南京的條件，在致參議院的辭職咨文內，再加聲明，不得更改，新任總統到南京就職之時，孫始解職，目的是要袁離開他的北京根據地，擺脫使館區的特殊勢力，使列強在北京至海口的駐軍亦失去作用。袁的南北成見甚深，更不願置身於革命黨控制下的南京，藉口北方秩序不易維持，軍旅須加部署，東三省人心未盡一致，推拖不肯南下。參議院一度同意政府設於北京，因孫與黃興堅決反對，不得不出爾反爾，議決政府仍設南京。但是不滿意孫、黃的章炳麟及蘇、浙、湘、滇等省都督，均主建都北京。於是袁的態度益為強硬，聲稱舍北而南，窒礙無窮，北方軍民意見紛紜，隱患實繁，外交團屢言袁不可離開北方。如果因為他不能南去，而不能統一，他情願不做總統。南京堅持不移，派蔡元培、汪兆銘、宋教仁為迎袁專使，令袁無迴旋之地。蔡元培等到京兩天，二月二十九日，北京發生兵變，天津、保定、通州，接連而起。各國公使調兵前來京津。黎元洪電請早定國都，成立政府，以杜外人干涉，萬不宜舍北而南。段祺瑞、馮國璋力言政府須在北京，袁不能赴南京受任。蔡元培亦說兵變後外人極為激昂，設再行發生，外人將自由行動，必須速建統一政府於北京。南京有派兵北上助袁恢復秩序的提議，袁斷然拒絕，參議院卒許袁在北京受職。兵變是否出於袁的授意，雖不易肯定，事後變兵未受任何處分，則為事實。此後兵變成為民國史上的常事。
遵守憲法為孫對袁的另一要求，憲法制定之前，先制定臨時約法，三月七日，臨時參議院開始討論，三月十一日公佈，規定民國主權屬於國民全體，以參議院、總統、國務員行使統治權。人民一律平等，不分種族、階級、宗教，均在法律上享有身體、家宅、財產、營業、言論、出版、集會、結社、書信秘密、居住、遷移、信仰自由，有請願、陳訴、訴訟、任官、考試、選舉、被選舉權利，及納稅、服兵役義務。立法權由參議院行使，總統、副總統由參議院選舉。總統總攬政務，統率陸、海軍，任命文武職員，但制定官制、官規，任命國務員、大使、公使及宣戰、媾和、訂立條約則須經參議院同意。總統提出法律案，公佈法律及命令，均須國務員副署。約法施行十個月內，召集國會，制定憲法。
就約法條文而論，關於民權的規定，與一般民主國家無大不同，為中國前所未有之事。對於國會的權力，盡量提高，對於總統的權力，多方限制，與內閣制相近。袁自然知道這是同盟會為他而設，不甘俯首聽命。今後袁與同盟會的衝突即由此而起。
同盟會既以總統讓袁，仍希望自行組織內閣，舍名取實，然非袁所願，折衷的方案是由唐紹儀加入同盟會，出任內閣總理。唐與袁有二十餘年的私情公誼，交非泛泛，與孫中山同為粵人，復有促成共和之功，正可居間折衷，溝通南北之見，調和新舊之爭，促進袁和同盟會的合作。三月十三日，袁任唐為國務總理，袁系的趙秉鈞、段祺瑞、劉冠雄分任內務、陸軍、海軍總長，柔順的陸徵祥任外交總長，立憲派的熊希齡任財政總長，同盟會的王寵惠、蔡元培、宋教仁、陳其美分任司法、教育、農林、工商總長【註：交通總長由唐紹儀兼代，後由施肇基署理，工商總長陳其美不就，由次長王正廷署理】。四月一日，孫中山解除臨時總統職務，黃興任南京留守，統轄南方各軍。二日參議院正式議決，臨時政府遷設北京。