庚子拳匪之亂後，中國人民普遍認為清政府是民族複興的障礙。這一觀點是有根據的。在甲午戰争前，因西太後重修頤和園，中國海軍八年未添新艦。甲午之後，由于西太後與光緒帝的權力之争，以及滿清親貴對維新的誤解和擔憂，他們煽動反動勢力反對新政。盡管不能一概而論滿人守舊、漢人維新，但滿人領袖地位的影響巨大，且守舊者居多，且常借反對維新排漢。是以，庚子後清政府雖推行新政，漢人仍對其誠意表示懷疑。庚子年末，西太後在西安時已下诏變法，随後幾年内裁汰冗員、廢科舉、設學校、練新兵、派學生留學，并許滿漢通婚，這些舉措超越了戊戌年的新政。日本戰勝俄國後，君主立憲觀念盛行，西太後于1905年派五大臣出國考察憲法，預備立憲。随後的三年，官制及法制經曆了大規模調整。
1906年，清政府進行了中央官制改革，拟定了新的組織結構。原本的内閣、軍機處、六部、九卿等機構中，許多被認定為無效或備援，于是設立了十一部，每部由一名尚書主管，提高了行政效率。然而，改革後的尚書配置中，漢人僅占五席，較之前更少，這反而加劇了漢人的不滿情緒，推動了革命運動的發展。
随後，在1907年和1908年，清政府分别決定在北京設立資政院作為中央民意機關，在各省設立咨議局作為地方民意機關，并頒布了憲法大綱，宣布九年為預備立憲期。然而，由于國人對清政府的不信任，許多人認為這不過是清政府借預備之名拖延立憲。此外，清政府還試圖通過改革收回漢人的政權，并削弱袁世凱的北洋兵權。最終，在宣統繼位後，其父載沣攝政時，袁世凱被罷免，這一決策進一步削弱了清政府的統治基礎，加速了其滅亡的步伐。
1906年，同盟會會員蔡紹南、劉道一在浏陽和萍鄉發動起義，旨在打倒清政府、建立民國和平均地權，但不幸失敗。同時，許多革命黨員也在武昌和南京的新軍中秘密策劃革命。日本政府應清政府要求，迫使孫中山離開日本，他随後在安南河内成立革命中心，并多次在潮州、惠州、欽州、廉州及鎮南關等地發動起義，但均告失敗。此外，江浙人組織的光複會也積極開展活動，其首領徐錫麟和秋瑾在行動中犧牲。1908年，熊成基帶領安徽新軍一部分突破安慶，雖敗猶榮，顯示了長江一帶新軍已受革命思想影響。這些行動雖然未能成功，但表明了推翻清政權的革命活動正在如火如荼地展開。
胡漢民主張改變政策，避免零散的暗殺和小規模起義。汪精衛則堅持志士應有恒德和烈德，他秘密進京試圖刺殺攝政王，但失敗被捕。與此同時，孫中山、胡漢民、黃興、趙聲等人則向華僑募捐，計劃大規模、有組織地向清政府發起進攻。他們的計劃在辛亥年得以實作，即黃花崗起義，雖然軍事上失敗，但在心理上取得大成功，激發了國民的革命精神。此外，清廷宣布鐵路國有的計劃，由于群眾的不信任和革命黨的煽動，這一事件成為大革命的導火線。
同盟會原本重視廣東作為革命策源地，但黃花崗起義失敗後，陳其美、宋教仁、譚人鳳等人轉而将長江流域視為新的革命中心。他們在上海成立了同盟會中部總會，特别注重長江中遊的湖南和湖北兩省。當時，湖北新軍中的蔣翊武組織了文學社，湖南的焦達峰、湖北的孫武和居正則另組共進會，這兩個團體雖有同盟會會員參與，但并非其支部，起初還存在摩擦，後經譚人鳳調解，雙方開始合作。
同盟會原計劃在長江一帶進行數年準備後再起事，但四川、湖北、湖南的保路運動不斷更新，于是決定在辛亥年秋天發起起義。原定的發難日期因準備不足而推遲，又因革命黨的機關被破獲，倉促間決定于八月十九日即陽曆十月十日行動。
辛亥武昌起義的上司者是新軍下級軍官熊秉坤，他率隊直攻武昌總督衙門，總督瑞澂及新軍統制張彪未做抵抗即逃，武昌的文武官員紛紛棄城，武昌遂被革命軍占領。革命分子臨時推舉官階較高、聲望較好的黎元洪為革命軍都督。
武昌起義後，一個月内，湖南、陝西等十三省相繼宣布獨立，且未發生激烈戰争。清朝的滅亡并非革命軍武力打倒，而是自身瓦解。各省代表制定了臨時約法，并推舉孫中山為中華民國的臨時總統，中國這個古老的帝國，突然轉變為民國。
清政府在困境中請袁世凱出山挽救局勢，但此舉并未成功。袁世凱為清室争取了退位後的優待條件，同時自己獲得了中華民國第一任正式總統的地位。辛亥革命雖然成功推翻了清朝，消除了民族複興的一大障礙，但在建設新國家時，仍面臨民族内部的各種挑戰和障礙。