当时，资产阶级民主革命思潮迅猛传播，震撼着中国思想界，并推动民主革命运动的到来。首先觉醒的是新兴知识分子，他们宣传民主革命学说，以报刊为重要阵地，创办了《江苏》《浙江潮》《苏报》《中国白话报》等20多种政治性刊物；还出版发行了陈天华的《警世钟》《猛回头》，邹容的《革命军》等宣传民主革命思想的小册子130余种。资产阶级、小资产阶级知识分子还翻译了不少西方资产阶级的社会政治著作，蔡元培翻译了德国科培尔的《哲学要领》，严复翻译了赫胥黎的《天演论》、亚当·斯密的《原富》等著作。
在民主思潮广泛传播的同时，国内外出现许多革命团体，影响较大的有兴中会、华兴会、科学补习所和光复会。光绪三十一年七月二十日（1905年8月20日），中国同盟会成立。孙中山提出“驱除鞑虏，恢复中华，创立民国，平均地权”作为政治纲领。中国同盟会的成立，标志着中国资产阶级民主革命进入一个新阶段。
宣统三年（1911年）四月十一日清政府颁布铁路干线收归国有的政策，接着与英、美、法、德4国银行签订了借款修筑粤汉、川汉铁路的合同，目的是把铁路出卖给列强。清政府派粤汉、川汉铁路督办大臣端方南下，强行接收湖北、湖南、广东、四川铁路。这四省铁路本来是集股修建的，除广东是商股外，其他都是民股。股民抱着获利的初衷集股修路，如今清政府却以劫夺方式强收：湖北、湖南路股还本不还息；广东路股还六成，其余四成给无息股票；四川路股全不还。
清政府的“铁路国有”政策一公布，立即引起湘、鄂、川、粤四省各阶层人民的反对，出现了广泛的保路运动。湖南绅商界以传单抨击政府，长沙、株洲铁路工人示威，湖北、湖南商人罢市，广东股东抗议“铁路国有”，保路运动规模最大、斗争最激烈的是四川。宣统三年五月（1911年6月），四川成立保路同志会，推举立宪党人蒲殿俊、罗纶为正、副会长，宣布“以保路、废约为宗旨”，参加者数以十万计。载沣闻变，赶忙下令各地方政府大力镇压。四川总督赵尔丰逮捕保路同志会和股东会负责人，枪杀请愿群众，死数十人，解散了各处保路同志会。这激起四川人民更大愤怒，他们将各处电线捣毁，沿途设卡，断绝官府来往文书。七月（9月），四川全省60余县成立保路公会，数千万人卷入运动，把保路运动推向高潮。清政府一面调湖北新军入川，一面命“实力弹压”保路运动。
四省保路风潮兴起时，湖北武昌的文学社和共进会便积极准备相机发动武装起义；八月十八日（10月9日），孙武在汉口机关配制炸药不慎，起义机密泄露，刘复基、彭楚藩等人被捕。次日晨，彭、刘被杀，清军四处捕捉革命党人。当日晚，武昌城内新军士兵，打死镇压革命士兵的排长，攻占楚望台军械库，打响武昌起义的枪声。
经过一夜战斗，八月十九日（10月10日），起义军占领武昌城，成立湖北军政府。八月二十一日，起义军攻占汉阳、汉口。武昌起义的成功，鼓舞了全国各地人民的革命斗志，全国各地革命党人纷纷起义响应。首先响应的是湖南和陕西。此后，江西、山西、云南、贵州、浙江、江苏、广西、安徽、四川以及福建、广东等省先后宣布脱离清政府而独立。经此哗变，清王朝迅速瓦解。