18日中午12时后，革命军再次发起进攻。由子新兵不善利用地形，伤亡较大，进展迟缓，至午后3时才推进五六百米。这时，敢死队全部投入战斗，炮兵一部向敌右翼猛烈轰击。下午4时，清军急派步兵一标、炮兵一队乘车急赴刘家庙增援。革命军发炮拦击不中。此时，潜伏在铁路两侧的革命军士兵，迅即将十余丈路轨拆毁，使列车脱轨倾覆。革命军乘机发起冲锋，附近的工人、农民亦手拿铁锹、锄头、扁担助战。清军死伤惨重，纷纷后退。为了阻止革命军的进攻，清军立即派兵一部，从姑嫂树迂回革命军侧后。
10月19日晨，革命军约三千人，以骑兵为前锋，在炮兵支援下，从两翼发起进攻，并派兵一部阻击敌之迂回部队。清军依靠舰炮支援，顽强抵抗。激战至中午12时，清舰弹药用尽，驶往下游。革命军乘机加强两翼攻势。清军窜入棚户，继续顽抗。革命军立即以敢死队组织火攻。时正顺风，顷刻之间烈焰冲天。清军无法立足，丢弃大量辎重，向三道桥退却。革命军占领刘家庙，追至三道桥附近，才停止了进攻。第二协因连战疲惫，遂留一半兵力固守刘家庙阵地，其余人员运送战利品回汉口。这一胜利，大大鼓舞了革命军的士气。清军经此挫败后，湖广总督瑞澂一面急电催援，一面借故逃往上海。
（三）革命军转入防御
革命军虽在刘家庙初战获胜，但打的是击溃战。而南下的北洋军正陆续向祁家湾、滠口附近集结。19日夜，军政府调步兵第四协增援汉口，由第五协接替武昌防务。同时，召开军事会议，经过激烈争论，最后决定在清军尚未全部到达之前，继续发起进攻，首先击退滠口之敌。前线指挥何锡藩，因与少数革命党人意见不合，提出辞职。军政府改任张景良为汉口前线指挥官。张景良原为八镇步兵第十五协二十九标统带，因策动黎元洪叛变，革命党人曾将其拘留，后被黎元洪保释。山这样一个奸细掌握前线指挥权，给尔后的作战造成了很大的损失。
此时，清军两栋正在滠口集结，并陆续有增援部队到达，海军兵舰五艘在阳逻湾待命。张景良到达刘家庙后，故意拖延时间，不作任何作战部署。20日，军政府派人前往检查，发现部队混乱，毫无进攻准备，遂代张下达任务，令步兵第二协从正面进攻，于21日拂晓前先派兵一部潜入三道桥以北，掩护其余部队从正面进攻滠口之敌，步兵第四协（欠第七标）从滕子冈渡河进攻滠口之敌右翼；炮兵第一标在一道桥附近占领发射阵地，轰击三道桥以北敌军，支援步兵作战，步兵第七标及敢死队为预备队，在造纸厂西南端集结待命。为了配合这次进攻，军政府还令步兵第三协驻青山的炮兵拦击清舰上驶，在第二协主力通过三道桥后，立即派一支小部队渡江，袭扰滠口清军侧后。汉口军政分府在大智门，刘家庙设立粮台，负责接济械弹粮秣。
10月21日拂晓，步兵第二协第四标在谢元恺率领下，潜行至三道桥北端，发起冲锋。清军以机关枪猛烈扫射，封锁三道桥。革命军既不能前进，又无法机动，伤亡惨重，退守二道桥。步兵第四协从滕子冈渡江到达对岸，因地势低洼，泥泞难行，加之清军防守严密，进展困难。在得知正面进攻失利之后，遂自动撤回。当晚，军政府再次召开会议，鉴于进攻受挫，决定暂取守势。部队在三道桥以南占领险要地形，加紧构筑工事，转入防御。
三、保卫汉口之战
（一）双方调整作战部署
清军从刘家庙退至三道桥北后，一面加固阵地，一面将重型火炮和集结于祁家湾一带的第一军主力调往前线，企图先夺占刘家庙，尔后向汉口市区发展。其部署是：左翼为混成第三协，在铁路以东占领阵地，右翼为第四镇，在铁路以西占领阵地。总兵力约一万五千人。同时，令海军舰艇配合作战。
革命军在三道桥以南转入防御后，其任务区分如下：步兵第二协防守二道桥以东地区，步兵第四协（欠第八标一营）防守二道桥至滕子冈一线，炮兵配置在一道桥附近，并以一部兵力占领戴家山，第八标一个营及敢死队为预备队，配置在造纸厂附近，骑兵在左翼担任警戒。总兵力约一万人。同时，积极筹组步兵第六协，接替武昌坊务，令步兵第五协作好支援汉口作战的准备。
10月22日至25日，双方都在积极进行战前准备，除在二道桥一带有零星接触外，未发生大的战斗。
（二）革命军节节阻击清军
10月26日晨，清军水陆协同，向革命军发动进攻。先由军舰数艘，乘革命军青山炮队疏于戒备之际，驶至谌家矶附近，从翼侧向三道桥以南革命军阵地实施火力急袭。革命军猝不及防，牺牲五百余人。滠口的清军在机枪和管退炮火力掩护下，乘机通过三道桥，沿铁路两侧发动猛攻。革命军依托工事顽强抗击，终因减员过多，被迫后撤。上午10时，刘家庙复为清军占领，革命军退守大智门一带。
正当激战之际，前线指挥张景良竟不知去向。中午12时，第四标统带谢元恺自告奋勇，指挥部队向刘家庙反攻。在距刘家庙五百多米处，战士们上好刺刀，冒着弹雨，齐声喊杀，勇往直前，与敌展开肉搏战。清军不支，纷纷逃窜，刘家庙又被革命军夺回。革命军追至造纸厂附近，遭敌阻击，时已黄昏，遂停止进攻。
26日晚，军政府鉴于汉口的革命军伤亡较大（共计伤亡一千余人），立即从武昌调步兵第五协、敢死队两大队，从汉阳调步兵第一协一部，增援汉口，准备于第二天乘胜进攻，驱逐造纸厂之敌。同时，由新编步兵第六协（统领杨载雄）担任武昌防务。军政府对于临阵脱逃的张景良不作断然处置，仅令炮兵统领姜明经协助指挥。
27日凌晨，清军集中更大兵力，先于革命军发起进攻。其部署是：第四镇从造纸厂正面进攻；混成第三协从戴家山、姑嫂树迂回革命军翼侧。革命军依托阵地，坚决抵抗。而张景良既不亲临前线指挥，又不给部队及时补充弹药，以致战不多久，部队弹药告罄，加之新兵不善于利用地形，部队伤亡过大，不得不从刘家庙逐步后撤，退守大智门一带。清军进至洋商跑马场。
当晚，军政府召集会议，研究配备缺额干部，派炮队二营增援汉口，派工程营帮助驻汉口各部队赶筑和加固工事，并致电湘、赣、陕等省，请速出兵，支援武汉。这时，清廷已召荫昌回京，以袁世凯为钦差大臣，全权指挥武汉战事，冯国璋为第一军军统，段祺瑞为第二军军统，并由冯国璋亲往汉口督战。
28日上午，清军继续沿铁路向大智门猛扑，并以进占洋商跑马场之清军，绕道三义桥，迂回革命军翼侧。时张景良又不在战地，部队无人统一指挥。革命军与敌反复争夺，因后援不继，被迫从大智门后撤。据守歆生路的革命军，依托坚固房屋，进行顽强抗击，多次以冲杀肉搏打退清军的进攻。
29日，清军以重炮轰击革命军炮兵阵地。由于革命军的炮兵目标暴露，火炮和人员损失很大。清军在优势炮火支援下，不断向前推进，相继攻占了歆生路口及华商跑马场。革命军分别退守玉带门及歆生路以南街市。此后，双方展开了激烈的巷战。
（三）革命军撤离汉口
在激烈的战中，代理第四协统领谢元恺，炮兵统带蔡德、敢死队队长马荣等率先冲锋，先后牺牲，第二协统领何锡藩亦中弹受伤。革命军的领导骨干不断削弱，张景良又藏匿出出，前线指挥乏人，部队士气开始涣散。这时，黄兴与宋教仁等由上海抵达武汉，黄被推举为武汉革命军总司令。黄兴到任后，设总司令部于汉口满春茶园，并立即到前线视察部队，激励士气。当时，在汉口的革命军尚有六千余人，经过动员整顿，士气复形高涨。时清军已从大智门至玉带门一线不断向市区发动进攻，情况十分危急。黄兴立即组织部队分路反击，一路曾突破清军歆生路防线，但硚口一路为清军所阻。
10月31日，袁世凯抵信阳接任钦差大臣，令冯国璋调集军队猛攻汉口。汉口的革命军依托歆生路一带的房屋树木，与清军逐屋逐段争夺，使敌每前进一步都要遭受重大伤亡。清军凭借优势兵力火力，节节向市内进逼。军政府急将驻汉阳步兵第一协大部兵力及武昌辎重第二营调往汉口增援。
11月1日晨6时，清军从王家墩发起攻击，革命军依托堤防顽强抗击，使敌一时无法突破防线。上午10时左右，清军利用歆生路附近房屋作掩护，向革命军右翼逼近，同时用火炮轰击革命军防守的据点。革命军遭受重大损失，逐步后撤。清军为使革命军失去依托，竞不顾居民的生命财产，火烧歆生路一带房屋，烧一段进一段，一直烧到沿江一带。繁华的汉口市区顿时湮没在一片火海之中。这时，驻守汉阳的第一协统领宋锡全擅自率部撤往岳阳（一说奉命撤退）。汉口的正面及左翼亦有少数革命军官兵借故退走。下午，汉口市区逐步为清军占领。黄兴见汉口革命军已被打散，无法挽回败局，遂决定退守汉阳，等待援军，再图恢复。11月2日，汉口失陷。此次争夺汉口之战，双方各死伤二千余人。
四、保卫汉阳之战
革命军和清军在汉口连日苦战，均甚疲劳，双方都需休整，作再战准备。加之“海琛”、“海容”、“海筹”等舰于11月1日宣布起义，驶抵九江，加入革命军，使清军的渡江作战增加了一定的困难。因此，暂时形成两军对峙的局面。
（一）清军的进攻部署与“和谈”阴谋
清军攻占汉口后，一面巩固阵地，一面调运枪械弹药及渡河器材，并继续车运援军南下。冯国璋召开军事会议，研究下一步作战行动。冯以曾国藩与太平军作战时力争武昌的战例，说明“昔日之势，重在武昌，武昌以洪山为扼塞，洪山失则武昌不守，顺流以取汉阳、汉口，如破竹耳。今日之战，则重在汉阳，汉阳之大别（龟山）诸山，俯瞰武汉，如釜底一丸，下掷则全城瓦碎，不待攻而自破矣。为今之计，惟有先取汉阳，为攻心之上策”。他决心先取汉阳，再攻武昌。当时清军的配置是；第四镇和混成第三协驻汉口，第五镇驻孝感，混成第十一协从孝感南下新沟，另有清军五千人进驻祁家湾。总兵力约三万人。其进攻部署是：左翼为第四镇，从汉水正面渡江，直接进攻汉阳。右翼为混成第十一协和炮兵十九标一队，分甲乙两支队（各约一标兵力）迂回汉阳翼侧。甲支队从新沟渡汉水，经蔡甸（今汉阳县）向三眼桥进攻，乙支队从舵落口渡汉水，向琴断口进攻。另以第八协步兵一标为预备队，在甲乙两支队后跟进。同时，在汉口歆生路，刘家花园、大智门，招商局、华商跑马场、硚口及沿江一带，设置炮兵阵地，支援渡河部队。又在汉水口附近强索民船，进行佯动，掩护迂回部队渡河。经过十多天的准备，逐步完成了进攻部署。
正当袁世凯、冯国璋部署向汉阳进攻之际，从保定移防石家庄的清第六镇统制吴禄贞，与驻滦州的第二十镇统制张绍曾和山西革命党人联络，准备响应武昌起义，回师京城，并在石家庄截留运往武汉的军火一车。袁世凯为了稳住北方，消除北上组阁的威胁，收买凶手于11月7日刺杀了吴禄贞。不久，张绍曾被“开出差缺，解除兵柄”。但此时云南、贵州、浙江、江苏，安徽、广西、福建、广东等省已先后宣布独立，清廷正处在四面楚歌之中。面对全国迅猛发展的革命形势，和武汉革命党人在军事上的暂时挫折，老奸巨猾的袁世凯在帝国主义唆使下，派亲信于11月10日到武昌进行“和平”试探。因其坚持以君主立宪为停战议和条件，虽为黎元洪所接受，却被革命党人拒绝。袁世凯诱和不成，遂令冯国璋积极准备进攻汉阳。
汉口失陷后，军政府内部对是否防守汉阳，进行了激烈的争论。最后决定固守汉阳，并电请起义各省迅速出兵，合攻清军。军政府一面整顿队伍，组建新军（即步兵第七协，统领为邓玉麟，步兵第八协，统领为罗洪升）；一面在汉水沿岸及险要地点加紧构筑工事，部署防御。11月2日，黄兴返武昌后，许多革命同志主张战时总司令应与都督平行，而立宪派和革命党人中的妥协分子，为了保持湖北军政府在全国的领导地位，坚持总司令要受都督节制，结果后者占了上风，于11月3日效法刘邦拜韩信为大将的故事，演出了一场由黎元洪登坛拜将的“闹剧”。黄兴受命后，即赴汉阳，在昭忠祠组织司令部，在归元寺设立粮台，积极布置守城事宜。当时，退驻汉阳的革命军不足五千人，经过补充，加上新从武昌调来的步兵第六协，共约万余人。适湖南援军王隆中，甘兴典二步兵协（均不满员）于11月6日，9日先后开抵汉阳，总兵力增至二万余人。汉阳革命军沿汉水，背龟山、黑山、仙女诸山，由东向西，自南岸嘴经琴断口至三眼桥一线，划区设防。11月11日，其部署如下：步兵第四协防守南岸嘴至兵工厂一线，步兵第五协（欠第十标）防守兵工厂与钢药厂，步兵第二协第四标防守钢药厂至黑山巨麓，湖南援军第一协及工程兵一队防守割丝口至琴断口一线，湖南援军第二协及工程兵两个队防守美娘山、三眼桥、扁担山一带，并向蔡甸方向警戒，炮兵在大别山、黑山、仙女山、扁担山占领发射阵地，步兵第六协在七里铺、步兵第十标在归元寺为预备队。由子设防没有重点，因而处处兵力薄弱。