当时判断汉清军兵力约一镇以上。革命军攻击计划：步四协张廷辅向汉市街攻击；步六协杨载雄向汉龙王庙登陆，攻击清军左翼，武昌凤凰山炮队支援攻队向汉击，海军炮舰亦加掩护，设信号于黄鹤楼、凤凰山、大别山等。九月廿六日渡襄河左岸攻击，攻时鄂军在左，湘军在右，鄂军因系临时召募，所以毫无作战经验，湘军甚勇，但独力难支，遂告败北。革命军伤亡惨重，计官57人，士兵792人，失山炮18尊，步枪600余枝，弹2300余箱。

革命军攻汉失败，于是全力固守汉，清军因悉革命军方面作战实力不，军令亦不统一，于是大举攻汉。自辛亥年九月二十八日至十月初六，剧战八昼夜，革命军死军官137人，伤85人；士兵死2693人，伤400余人。至十月初七日上午十时，汉遂告沦陷。

清军之攻汉，动了大兵力，以新式德国退炮若尊，实力在革命军以上。革命军守汉者，为鄂湘两省军队，人数虽在5万人以上，但缺乏作战经验，彼此又不协调，且全用于第一线，所以极疲乏。汉之败并不能怪黄兴一人，可是由于黄兴曾指挥过镇南关之役、河之役、黄冈之役，都是功败垂成，遂使人对黄有虽勇而不能战的印象。黄自己亦有年年败北的慨，其和谭人凤诗有云：“怀锤不遇粤途穷，布飞传蜀通，吴楚英豪戈指日，江湖侠气剑如虹；能争汉上为先着，此复神州第一功，愧我年年频败北，前趋拜敢称雄。”

汉失陷后，黄兴退到武昌，军政府即召开军事会议，黎元洪主席，请黄报告汉战役经过。黄即席演说，对汉失败的原因未能详述，但对于未来军事演变，则认为汉和汉已失，武昌难以固守，主张率领鄂湘两军前往攻取南京。黄的主张被军政府多数人反对，参谋范腾霄愤然说：“汉既已不守，武昌又拟放弃，试问还有什么能力可以攻取南京，如果湘鄂两军尚可用，则武昌当然可守。”他的话一讲完被大家烈鼓掌，死守武昌的提议便成为这次会议的决定。其时黎元洪因都督府被炮轰，所以迁往城外卓刀泉办公。黄兴在会议结束后，即偕李书诚、汤化龙、胡瑞霖、陈登山和黄中垲等乘去上海。武昌方面决定重行布置兵力死守，以邓玉麟、何锡蕃两协警备武昌，罗洪升一协守大君山，刘佐龙一协守小君山，王锡龄一营守京，陈龙章的敢死队守磁基山，标统张廷辅、谢芳、张杰夫等残守白沙洲、标统刘廷璧、带李忠义等守青山。

十月初八日，即清军攻克汉的第二天，清政府以二等男爵授给冯国璋。

汉之败，对革命军是一个大打击。可是几天后苏、浙、沪联军攻克南京，使革命活动又见蓬。独立各省在上海的代表，认为武昌已在危险中，革命事业必须扩大，乃于十四日集议，决定南京为临时政府所在地，选举黄兴为大元帅，黎元洪为副元帅，即以大元帅组织中华民国政府。这一时期的武昌已经转危为安，倒不是因为武昌有力量固守，而是袁世凯并不想彻底打垮革命势力，幕后原因是独立各省的代表曾于十月十三日开会，通过雷奋、君武、王正廷所起草的临时政府组织大纲二十一条，且有一个秘密决议，就是倘若袁世凯反正，则公举袁世凯为中华民国临时大总统。袁亦听到这个消息，所以在北洋军可以一鼓作气渡江攻下武昌时，突然煞车，并派代表至武昌谈和。

武昌和上海两大革命中心在一开始便发生意见，黄兴对于上海方面同志推他为大元帅非常谦让，一再恳辞。随后的折衷意见是于十月二十七日重新改选，推黎元洪为大元帅，黄兴为副元帅，黎因驻节武昌，不能前往南京，故由黄兴以副元帅份代行大元帅职务。