同盟会成立后，以孙中山为首的革命派积极宣传革命思想，夺取思想阵地的领导权，为推翻清朝做舆论准备。与此同时，革命派组织和发动了一系列武装起义，由于群众基础薄弱，这些起义都相继失败了，但它有力地冲击了清朝的反动统治，扩大了革命影响，激发了全国人民的斗志，鼓舞了更多的志士仁人投身于反清斗争。
武汉地处长江中游，号称“九省通衢”，是当时的水陆交通中心，又是帝国主义侵略中国的重要据点和清朝统治的一个重心，也是资产阶级革命党人活动非常活跃的地区。1904年，武汉成立了第一个革命团体科学补习所，随后又成立了日知会、文学社和共进会等革命团体。革命党人在武汉长期进行革命宣传和组织工作，大批青年学生、群众加入革命队伍。革命党人深入新军中进行宣传，把反革命武装变为革命武装。到武昌起义前夕，新军中已有1／3的士兵参加了革命组织，成为武昌起义的主力军。1911年的广州起义和四川保路风潮，推动了革命形势的迅速发展，尤其是四川保路运动爆发后，清朝调湖北军入川镇压，统治者在武汉的兵力减弱，武昌起义的时机成熟。9月，在同盟会中部总会的推动下，文学社和共进会在武昌召开联席会议，成立了起义临时总指挥部，推举文学社领导人蒋翊武为总指挥，共进会领导人孙武为参谋长，并制定了起义计划，预定在中秋节起义。同时，拟定文件，绘制旗帜，制造炸弹，为起义做准备。
起义前夕，孙武在汉口俄租界赶制炸弹时不慎爆炸受伤，革命机关遭到破坏，革命的旗帜、文告及党人名册全被搜走，起义计划暴露。起义总指挥部及其他机关也被破坏，起义领导人大批被捕或逃亡。革命党人和新军中的革命士兵见事态紧急，决定自行秘密联络，提前发动武装起义。
10月10日晚，武昌城内新军工程第八营的革命党人和广大士兵在熊秉坤率领下，首先发难，打响了武昌起义的第一枪。他们杀死镇压起义的反革命军官，冲出营房，占领楚望台军械库。各处响应的起义士兵齐集楚望台，并临时推举吴兆麟担任指挥，向总督衙门发动进攻。湖广总督吓得惊魂丧胆、走投无路，急忙从总督署后围墙上打开一个洞逃之天天。各起义部队在统一指挥下，经过一夜激战，攻占了总督衙门，占领了武昌，武昌起义胜利了。随后，起义军又占领了汉阳和汉口，革命军在武汉三镇取得胜利。
武昌起义胜利后，由于同盟会主要领导人孙中山、黄兴等均不在武汉，革命党人便推举新军协统黎元洪为都督。湖北军政府成立后，宣布国号为“中华民国”，废除大清年号。同时，号召各地发动起义，共同推翻清朝的统治，建立共和制。
辛亥革命是以孙中山为首的资产阶级革命派领导起义以来第一次取得的胜利。它在中国历史上第一次树起民主共和国的旗帜，是一次完整意义上的资产阶级民主革命。作为反帝反封建的伟大革命，辛亥革命极大地影响了各国的民族解放运动，掀起了各国人民反抗压迫的民族解放热潮。
武昌起义后，革命风暴席卷全国。在不到两个月的时间内，全国半数以上的省区已经宣布独立。各省的起义和独立，汇合成巨大的革命洪流，清朝的统治土崩瓦解。全国革命的迅速发展，迫切要求建立统一的革命政权，改变各省独自为政的状态，巩固和发展已经取得的胜利成果。
在建立中央政权的过程中，各派势力展开了激烈的争夺，形成了首义地区武汉和同盟会中部总部所在地上海等地方集团。1911年11月，武汉和上海两地分别致电各省，要求派代表商议组织临时中央政府。后经反复协商，才决定各省代表会议在武汉举行。就在湖北和江浙两大集团为会议地点展开争论时，清政府加强了对武汉的进攻，革命军作战连连失利。
12月底，长期在国外领导反清革命的孙中山回到上海。由于孙中山的崇高声望，各省革命党人大都主张推举孙中山为临时大总统，立宪派和旧官僚也认为孙中山堪称总统的最佳人选。12月29日，各省代表在南京举行会议，正式选举孙中山为中华民国临时大总统。
1912年1月1日，孙中山从上海乘专列到南京赴任。当晚，孙中山宣誓就职；中华民国临时政府成立，以1912年为民国元年；选举黎元洪为副总统；通过孙中山提出的各部总长名单；成立临时参议院作为立法机关；规定南京为中华民国临时政府所在地。中华民国临时政府的成立，标志着中国历史上第一个资产阶级共和国的诞生。
南京临时政府成立后，在短短的3个月内，颁布了许多改革法令，推动了中国社会的进步和发展。在政治方面，临时政府颁布了《中华民国临时约法》，这是中国历史上第一部资产阶级民主宪法。约法明确规定中华民国的主权属于全体国民，实行三权分立的政治体制；宣布中华民国公民一律平等，公民享有选举、参政等政治权利和居住、信仰、集会、出版、言论等自由。在经济方面，保护工商业；废除清朝苛捐杂税，鼓励人民兴办农业；奖励华侨在国内投资。在文化教育方面，提倡以自由平等博爱为主要内容的公民道德教育；禁用清政府颁行的教科书；提倡男女同校，奖励女校等。在社会习俗方面，废除历代延用的跪拜和“大人”、“老爷”等称呼；规定男女一律剪辫，妇女禁止缠足；严禁种植、吸食鸦片和赌博。在对外政策上，主张关税自主；为换取各国对中华民国的承认，避免列强干涉，主动承担过去的外债和赔款，承认清政府和各国签订的一切不平等条约。这些措施有利于维护民主政治和发展经济，但临时政府没有提出明确的反帝纲领，也未有触动封建土地所有制。
中华民国成立后，遭到了反动势力的联合进攻。袁世凯在帝国主义的支持下，采用武力威胁和政治欺骗的两面手法，迫使革命派交出政权。孙中山在内外压力下被迫妥协，让位给袁世凯。袁世凯就任临时大总统，开始了北洋军阀的独裁统治。辛亥革命的胜利果实，最终落到了北洋军阀官僚集团手中。但是，中华民国的历史功勋是不可磨灭的，它的成立标志着清王朝的灭亡；标志着中国持续二千多年的封建帝制的结束，有力地打击了帝国主义和封建势力，使共和体制深入人心，鼓舞人们前仆后继地争取自身的解放。
袁世凯在窃取了辛亥革命的成果后，实行专制独裁统治，在思想文化领域掀起了一股尊孔复古的逆流，公开下令祭天祀孔、尊孔读经。在社会上，孔教会等各种组织纷纷出现，他们主张定孔教为国教，公开宣扬鬼神迷信。为了捍卫共和、反对倒退，中国思想文化界发动了一场旨在救国救民的新文化运动。
1915年9月，陈独秀在上海创办《青年杂志》（1916年改名为《新青年》，编辑部也迁往北京），标志着新文化运动的兴起。陈独秀早年留学日本，积极接受西方思想文化。辛亥革命前，他就积极从事反清斗争，曾在日本组织爱国团体，倡导民主革命。辛亥革命后，参加了反袁的“二次革命”，失败后流亡日本。1915年回上海，1916年应北京大学校长蔡元培的聘请，任北京大学文科学长。此后，他以《新青年》为主要阵地，介绍西方的先进思想和文化，猛烈地抨击中国的封建思想文化，成为新文化运动的倡导者和旗手，被称为“思想界的明星”。在《新青年》的影响下，宣传新思想、新文化的刊物大量涌现。北京大学和《新青年》编辑部成为新文化运动的主要阵地，李大钊、胡适、鲁迅和周作人等先后加入编辑部，成为《新青年》的主要撰稿人和新文化运动的主要倡导者。新文化运动的旗帜是民主和科学，它的主要内容有：
首先，宣传民主和科学。陈独秀在《青年杂志》创刊号上，鲜明地提出了“人权”和“科学”的口号。提倡民主，就是提倡资产阶级民主政治，建立资产阶级民主共和国，反对君主专制和军阀独裁。提倡科学就是提倡自然科学和科学的思维方式，反对蒙昧主义和封建迷信。陈独秀抨击君主专制的腐败，指出中国必须抛弃延续数千年的专制的个人政治，实行自由自治的国民政治。在科学的旗帜下，《新青年》上登载了许多介绍著名科学家发明创造的事迹和关于医学、物理学、生理学等方面的知识。
其次，提倡新道德、反对旧道德。他们针对尊孔复古逆流，把批判的锋芒直接指向维护封建统治的思想支柱儒家学说，高举“打倒孔家店”的大旗。陈独秀认为以儒家学说为代表的封建伦理道德是阻碍中国人民觉醒的最大敌人。倡导者们还以进化论阐明孔子学说已不适应现代社会生活，它与民权、平等的民主共和思想是背道而驰的。与此同时，他们大力提倡资产阶级的新道德，强调个性解放。
第三，提出“提倡白话文，反对文言文，提倡新文学、反对旧文学”的口号，开展了一场文学革命。胡适提出文学改良的口号，主张以白话文代替文言文。陈独秀提出文学革命的口号，要求从形式到内容对文学进行改革。白话文写作由此成为一种具有广泛社会影响的运动。鲁迅从1918年起，陆续发表《狂人日记》、《孔乙己》等小说和多篇杂文，出色地把反封建的革命内容和白话文的表现形式结合起来，树立了新文学的典范。
新文化运动是一批激进的民主主义知识分子倡导的思想启蒙运动，是辛亥革命在文化思想领域的延续。它解放了人们的思想，鼓舞人们打破传统束缚，寻求救国救民的真理，促进了中国人民的进一步觉醒，并为马克思主义在中国的传播创造了有利条件。由于历史条件的局限和运动倡导者们的思想局限，新文化运动也存在着明显的缺点，主要是运动的参加者局限在知识分子的圈子里，没有同广大群众结合采用形式主义的态度分析问题，在对待文化上存在着片面性等，这对以后的历史发展产生了消极的影响。