就这样，几个新军革命士兵的行动，揭开了武昌起义的序幕。起义的士兵们打死了阮荣发等三个反动军官，其他军官见势不妙，有的翻墙逃跑，有的躲进了厕所。各队士兵见官长死的死，逃的逃，胆子就更大了。他们蜂拥而出，集中到熊秉坤周围。熊秉坤见大家都动起来了，就鸣笛集合，并且先带领四十多个战士奔向楚望台，和那里接应的同志会合起来，占据了军械库。其他战士也跟着往那里集中。熊秉坤以总代表的身份，向大家宣布说：“从现在起，我们的军队叫湖北革命军。今天晚上的作战目标是攻占总督衙门，以完成武昌独立为原则，口令是‘同心协力’。”宣布命令后，熊秉坤感到自己只是个小小的正目，缺乏领导起义的威望和指挥经验，难以控制局势，就去找队官（相当于连长）吴兆麟。
     吴兆麟进过参谋学堂，军事知识和作战经验都比较丰富，被人们称为“智多星”。熊秉坤和士兵们都推举他为临时总指挥。吴兆麟要求士兵们绝对服从命令，并对起义部队作了部署。这时候，蔡济民等人又带领别营的起义士兵和学生来到楚望台。南湖炮队也把火炮拉了出来，架设在中和门城楼、楚望台和蛇山等制高点。约有二千人的革命军开始了围攻总督衙门的战斗。总督衙门是清朝统治湖南、湖北两省的中枢，有一丈多高的围墙，易守难攻，而且瑞澂在这里配备了雄厚的兵力，用当时最先进的武器防守。革命军在进攻以前，切断了电线，全城一片漆黑。他们先派步兵去攻打，敌人的火力强大，无法接近。又让炮队发炮射击，也黑呼呼地看不清目标，作用不大。
     吴兆麟等人就决定分三路前去放火。过不多久，火光照天，总督衙门前的大旗杆看得清清楚楚。革命军的炮手们以旗杆为目标，猛烈轰击，十发九中。步兵人马在炮火的掩护下，冲向总督衙门。总督瑞澂吓得魂不附体，心惊肉跳地说：“炮弹太厉害了，在这里落下一颗就不得了！”话音未落，果然一颗炮弹落在院中，爆炸起火。他急忙叫人在衙门后墙挖了个洞，爬出去逃到事先停在长江的楚豫号兵舰上去了。统制张彪凭借有利地形和先进武器，带领清兵在望山门拚死顽抗，机枪吐着火舌，封住革命军前进的道路。熊秉坤挑选了三四十人组成敢死队，沿着墙根爬行前进，接近了机枪阵地后，突然跳起掀倒机枪，一齐上去摧垮了敌人的防线。
     后面的革命军也跟着冲了上去。当敢死队冲到总督衙门附近的时候，张彪率领清兵发起了反冲锋，把革命军拦腰截成两段。敢死队前有敌人机枪的猛烈扫射，后有敌人的围攻，有被歼灭的危险。在这紧要关头，熊秉坤急中生智，命令士兵散开，对围困自己的敌人进行反包围。勇士王世龙、纪鸿钧先后提着两桶煤油，乘敌人不备，纵身冲进总督衙门门房，浇上煤油，放起火来。敌人见衙门里燃起熊熊大火，立刻大乱，纷纷逃走。王世龙和纪鸿钧壮烈牺牲。其他敢死队战士乘敌人混乱溃逃之机，冲进了总督衙门，引火烧毁大堂。张彪见总督衙门成了一片火海，也不敢恋战，只得长叹了一口气，率领残兵败将过江退到汉口去了。
     经过整整一夜的激战，革命军占领了总督衙门和武昌全城。数百名革命士兵在战斗中贡献了年轻的生命，用鲜血换来了胜利。八月二十日（公历10月11日）上午，武昌城头飘起了革命军的大旗，革命党人胜利了。这次起义是在武昌举行的，所以叫武昌起义；武昌起义正值旧历辛亥年，由此引起的推翻清朝的革命，就称为辛亥革命了。