正当宋教仁为挫败袁世凯的阴谋而努力的时候，孙中山回国了。他的到来使革命党人等来了自己当然的领袖，使袁世凯的阴谋活动归于东流。
黄兴本来也想早日赴南京就职，他已商请张謇向上海日商三井洋行借款30万元，作为到南京的军政开支。但是12月23日，他接到孙中山的一封电报，知道孙中山正在归国途中，不日即可到达上海。他考虑到，若不等待孙中山，抢先一步到南京赴任，不仅会使孙中山感到不快，而且还会使党内同志产生怀疑，影响内部团结，对革命不利。因此，他毅然决定暂不启程，等孙中山来到以后再作打算。
12月25日，孙中山一行回到上海。在回答中外记者所提出的各种各样的问题时，他公开宣布：“我不名一钱，带回来的，只是革命精神耳，革命的目的不达到，没有和议可谈的。”并且指出：“从前种种困难虽幸破除，然而来日困难尤胜于昔。今日我同志不是用一种真精神、真力量与这困难交战，则过去的辛劳将归于无效。”这铿锵有力的语言，既表明了他自己的革命决心，对广大革命党人也是极大鼓舞。
但是，对于孙中山的到来，宋教仁开始并不欢迎。当北一辉于当天晚上从上海赶到南京去劝说他拥护孙中山时，他气得满脸通红。他对北一辉说：“老兄也学日本浪人的那一套吗？你的大元帅主张误了事，黄兴的优柔寡断又误了事，孙中山的空想再来误事的话，革命将怎么办呢？黄兴食言不来无所谓，我有兵力，决不允许孙派的人踏进城门一步！”这时张继也特地赶来对他进行劝解，他才改变了态度，于第二天赶到上海，参加同盟会借哈同花园举行的欢迎孙中山的宴会。
这天晚上，同盟会的主要领导干部在孙中山的寓邸举行会议，商讨组织中央临时政府问题。面对时局，宋教仁同意推举孙中山为临时大总统，但在政权组织的具体形式上，与孙中山有分歧，与会者多主张实行美国式的总统制，他却坚持法国式的责任内阁制。于是议定以孙中山为大总统，以黄兴为内阁总理，而以宋教仁为内务总长。体制确定以后，他深深地松了一口气。回到住所，他把北一辉从梦中叫醒，坐在北一辉的床边，不无歉意地说道：“今天早晨在南京对您发脾气，非常失礼。孙先生实际是个好人，我过去在东京那样攻击他，现在很后悔。黄君有很多人反对，不如由声望较高的孙先生出来更能纠合人心，对革命更有利。孙先生担任大总统后成为革命的中心人物，黎、黄二人分别在武昌、南京负责军事，我担任内务总长即国务卿掌握政治实权，集中力量促进全国统一。这样大家都能各得其所。这是我和孙先生今晚商量好的。”
12月27日，宋教仁和黄兴同赴南京，将中央临时政府组织方案提交各省都督府代表会议讨论议决。由于代表们都不知道同盟会在上海作出的决定，结果宋教仁的内阁制又被否决。
宋教仁的主张未被采纳，但他以大局为重，没有放弃自己的努力。他认为，《临时政府组织大纲》很不完备，必须进行修改，增设临时副总统，规定临时大总统有自由制定官制官规而不必经过参议院同意的权力。12月28日，他在南京宴请各省都督府代表，发表了长达两小时的演说，阐发他修改《临时政府组织大纲》的主导思想。然而，言者谆谆，听者藐藐，附和他的意见的人甚为寥寥。直到次日孙中山被选为临时大总统以后，也同样感到这个大纲有修改的必要时，宋教仁的修正案才获得通过。但仅仅过了3天，又被推翻了。
1912年1月1日，孙中山从上海乘专车赴南京，宣誓就任临时大总统，着手组织中华民国第一届临时政府。宋教仁提出初建政府，须全用革命党的意见。孙中山和黄兴等人则考虑在新旧交替之际，不如吸收一些有影响的旧官僚，而采取部长取名，次长取实的办法为宜，没有采纳他的意见。经过反复协商，孙中山初步拟定了9个部的总长名单，其中由宋教仁担任内务总长。
1月3日，当孙中山亲临代行参议院职权的各省都督府代表会议宣布国务员名单，征询代表们意见的时候，王宠惠等8个总长均为大多数代表所通过，唯独宣布宋教仁的名字时，会场上突然引起骚乱。有人跳到桌子上叫喊，有人举起手枪示威，有人怒骂宋教仁是“专制家”，还说曾经看见前清官吏在他家里住过，证明他已经“背叛”了共和制。还有人大声指责说，宋教仁家居住的房子就是满族人的，所以他一定是反满革命的“叛徒”。这些代表居然捕风捉影，把一些莫须有的罪名加到宋教仁的头上，其声势之大，来势之猛，连孙中山和黄兴都抵挡不住，最后只好取消对宋教仁的提名，而由程德全担任内务总长。
宋教仁受到如此不公的对待，固然有旧官僚、旧军阀争权夺利的因素在内，而一些革命党人，也对他有很大误会。发生这样的情况，起因于《民立报》发表了要修改约法的意见。在宋教仁离开湖北回到上海《民立报》社后，“临时约法”的稿本也通过邮局寄到了报社。《民立报》在刊登约法的内容之前，于右任先看了一遍，认为中华民国的第一个政府出现在世界上，必须力求完备，但这次湖北方面讨论决定的约法，有颇多不如人意的地方。于是在发表前，于右任商请宋教仁加了一段按语，说明这是草案，以后还会按公意修改。这则按语一经同时刊登，反对宋教仁的意见大起。章太炎又正好在《神州报》上宣称“钝初有总理之才”，反对者越加认为宋教仁想为自己谋权，其实都误会了宋教仁，错看了宋教仁。
在筹组南京临时政府的过程中，宋教仁可说是出力最多，最为忙碌的人。为了使革命大权不致旁落，以便把革命继续深入下去，他东奔西走，费尽心机。然而，出力者反得其咎，他的良好愿望和辛勤劳作，不但没有得到各省多数代表的体谅与慰藉，反而给自己招来了嫉妒和诽谤，到头来竟莫名其妙地被逐出临时政府的大门之外。直到1月15日，他才被孙中山任命为低一档的负责官长：总统府内的法制院总裁。于右任不无内疚地叹息道：“先生当此时代，虽有精锐的眼光，而不能运其敏活的手段，尽因为此也。”但宋教仁笑着接受了孙中山的任命，发愤致力于法制建设，每天都工作到很晚。于右任说他是“劳苦万状”，每天起早贪黑，连饭都顾不得吃。在很短的时间里，宋教仁拟订出《法制院官职令草案》、《中华民国内务官职令》和《中华民国临时组织法草案》等有关政府官职的法令草案，使政府的一些部门分职设官有章可循，为实行民主与法制作出了贡献。正如蔡元培所说：“民国官制，先生所定也。”但当时还是有谣言，盛传他享乐女色，将纳名妓苏映雪，使宋教仁身边的人哭笑不得。
2月，孙中山决定重新制订约法，宋教仁作为法制院总裁，有起草的权力和责任，但是，为了避免不必要的误会，他坚请由各省都督府代表于1月28日组成的临时参议院自行组织起草委员会来完成这一任务。这样，一些还在嫉恨他的权位的人就失去了造谣中伤的借口。同时更为重要的是，在一些重大问题上，宋教仁和同盟会的其他领导人之间确实有相当大的分歧。他想在桌面上与之讨论，以示无私。在孙中山召集参议院的同盟会议员对约法进行讨论的时候，他与胡汉民在中央和地方的建制问题上进行了激烈的辩论。他坚决主张中央集权，而胡汉民则主张地方分权。他说：“起义以来，各省纷纷独立，而中央等于虚置，不力矫其弊，将成分裂。而且必中央有大权，而国力才可以复振。日本倒幕，是我前师。”胡汉民则说：“中国地大，而交通不便，致有中央有权无责，地方有责无权之讥。且中国变君主为共和，不能以日本为比。美国以十三州联邦，共和既定，即无反复；法国集权，而黠者把持，再三篡夺。我宜何去何从？况中国革命不及于首都，当权者脑中惟有千百年专制经验，苟其野心无所防制，则共和被推翻，何望富强？”宋教仁又说：“君不过怀疑袁氏耳。改总统制为内阁制，则总统权力极小，虽有野心，亦不得不就范。”胡汉民再次辩驳道：“内阁制仅依靠国会，中国国会本身基础薄弱，一旦受压迫，将无由反抗，后将无极。”然而，宋教仁并没有被说服。在建都的地点问题上，宋教仁也与孙中山、黄兴的意见不一致。
以孙中山为首的南京临时政府，抵挡不住国内外敌人的联合进攻，很快就被迫向帝国主义与封建买办势力的代表袁世凯妥协了。清室在1912年2月12日宣布退位，孙中山在第二天就向南京临时参议院提出辞职，推荐袁世凯继任临时大总统，但却提出了三个条件：即定都南京，新总统到南京就职，及遵守《中华民国临时约法》。想以此来防止袁世凯背叛民国。2月18日，孙中山特派蔡元培为专使，宋教仁、汪精卫为欢迎员，前往北京迎接袁世凯南下。
狡猾的袁世凯为蔡元培等人举行了隆重的欢迎仪式，并且给予热情招待，一本正经地表示极愿南行，“一俟拟定留守之人，即可就道”。暗中却密令手下制造假兵变，扰乱市场，在北京东城及前门一带肆行焚掠，并冲入迎袁专使的住处，将行李和文件等物洗劫一空。京、津、保三地的商务总会见此情形，齐声叫苦，要求袁世凯留京以维持安定。袁又指使北洋将领联名通电，制造临时政府定都北京的假民意。各国驻华公使则以保护使馆安全为由，先后从各地调集军队。一时北京地区形势搞得十分紧张。北京百姓一日数惊，人心惶惶。袁世凯即以此为借口留京不走，说“南下就职暂难办到。”蔡元培没有识破袁的诡计，便立即致电南京临时政府，要求对袁世凯进行迁就。袁世凯又请宋教仁提前回南京，以便向孙中山报告一切。
宋教仁对袁世凯没有任何好感。混乱发生时，他从迎袁专使住处的后院逃出，路遇一个日本人，以为宋也是日本人，听说他要避难，就请他到自己的住处过了一宿。吃饭时，日本人还一个劲问他怎么和宋教仁那么像。宋教仁只好支吾其词，第二天迁往六国饭店，同蔡元培等人碰头。他当时还不知道这次兵变的内幕，但已猜测出其中的隐情一定是个阴谋。然而，也许是因为他主张把首都立于北京的缘故，当他在3月9日接待《民立报》记者采访时，并没有提到他的这种猜测。由于他在北京时交际很广，与袁世凯等各派势力都有密切的接触，马君武对他有很多诋毁，说他卖党与袁世凯。他回到南京听说后，怒不可遏，在总统府抓住马君武质问，气急地打了马君武一记耳光。马君武当即还击，打伤了素来体弱的宋教仁的眼睛。黄兴急忙赶来劝开，把宋教仁送入医院。过了十几天，他才痊愈出院。事后了解情况的人都责怪马君武卤莽。马君武这才感到非常惭愧，对别人说：“因不识钝初的政治手腕，才这么说的。只要钝初真心为党，我可以当面向他道歉。”
3月10日，袁世凯如愿以偿地在北京就任临时大总统职。孙中山提出的三个条件已经有两条失效，但他仍对第三条抱有希望。在孙中山的亲自主持下，南京临时参议院用了1个月左右的时间制订了1部包含7章56条的《中华民国临时约法》，3月11日正式公布。这部约法明确规定，“中华民国之主权，属于国民全体”，而参议院、临时大总统、国务员、法院行使其统治权。内阁向国会负责，全体国务员与临时大总统组成行政机构，行使行政职权。因为有限制袁世凯权力的实际作用，早已被否决的宋教仁的意见，在这部约法里重新得到肯定，政权的组织形式由总统制改成了内阁制。