宣統三年（1911年）春天，同盟會同志佈置了一次最大最完備的起義，目標是廣東。先半年孫中山先生在馬來亞檳榔嶼召集黃興、趙聲、胡漢民三人前往妥善研商，規劃一切，決定在香港設統籌部，由黃興為部長，下設調度處由姚雨平為處長，負責運動新舊軍界。儲備課由胡毅生為課長，負責購買和運送械彈。交通課由趙聲為課長，以交通江、浙、皖、鄂、湘、桂、閩、滇等處。秘書課由胡漢民為課長，掌理一切文件。編輯課由陳炯明為課長，草訂一切規制。總務課由洪承點為課長，打理一切雜務。
攻佔廣州的計劃，在策反方面，仍以新軍為主，但兼及巡防營和警察。新軍有槍無彈，因此起義時必須先有敢死義士數百人發難於城內，破壞其重要行政機關，奪占軍械庫，開城門迎起義新軍入城。最初擬組成敢死隊500人，後以進攻地區太多，恐力量不足，改為800人。在行動方面是：（一）佔領總督衙門，攻殺張鳴岐由黃興負責。（二）進擊水師衙門，攻殺李准由趙聲負責。（三）攻佔督練公署由陳炯明負責。（四）攻破警署、廣中協署，兼守大南門，由胡毅生負責。（五）佔領飛來廟，破北門迎巡防營及新軍入城，由姚雨平負責。以上五個部分各率敢死義士百餘人，另由李文甫率50人攻石馬槽，羅則軍率50人破壞電信局。此外還有放火委員入旗界租屋九處同時放火，以擾亂清軍軍心。
敢死義士800人需準備600餘支槍械，加上其他支付款項，需12萬餘港幣，外預存準備金3萬港幣，全部費用約15萬港幣。經孫中山先生和各同志海上奔走，請愛國華僑捐助，大致相差不多，所以這次起義又比起以前各次，在經費上是有預算和準備的。
廣州起義原定日期是三月十五日，後來改期三月廿九日，改期的原因是：一為美洲和荷屬東印度捐款多數未到；二溫生才事件發生，廣州戒嚴；三是在日本購買的槍械大多數未到。
辛亥年三月廿九日，是一個偉大而動人的革命日子。這天下午五時卅分，革命軍舉義廣州，志士以白巾纏臂，吹螺角為號，足著黑面樹膠鞋。黃興所部是四川人和福建花縣華僑，手執槍械和炸彈，司號者為林時爽、何剋夫、劉梅卿等，由小東營進攻兩廣總督署，途遇警察皆槍殺之，疾行入督署，見衛隊即曰：「我們都是中國人，要為中國人吐氣，贊成的請舉手。」衛隊不應，革命軍舉槍轟擊，號角大鳴，殺督署衛隊管帶金振邦。攻入督署，直衝二門，二門有兵八九，聞聲走避，在兩廡至大堂互相槍戰，且戰且進，衛隊悉棄槍出降。黃興、林時爽、朱執信等分頭搜索，署內已杳無一人。總督張鳴岐的家眷先數天已遷居，張一人留駐督署，聞變由後園越入和督署相連之當鋪，然後轉往水師行台。黃興等攻佔督署後即舉火，然後退出東轅門，在路上恰逢水師提督李准率領大隊親兵，林時爽上前喊話，欲招降其親兵，不意對方突然攻擊，林中槍身亡。黃興右手中槍，斷兩指頭，於是黃興把他的部下分為三路，黃率10人出大南門，欲與巡防營接應，徐維揚以花縣黨人40人出小北門欲與新軍接應，其他川閩及南洋同志則往攻督練公所。黃興等在雙門底遇巡防營，這支巡防營部隊正是前來響應起義的，因擬偷入城內直入水師行台擒李准，所以不掛革命軍的白巾，怎知迎面遇見黃興。黃等事前不知對方計劃，見巡防營部隊未著相應的臂號，乃下令攻擊，巡防營死七八人，一哄而散。黨人自相攻擊，轉勝為敗。黃興鏖戰中回顧不見一人，乃潛入一小店，換衣而出。其他各路亦未能照計劃完成。喻雲紀等攻督練公所，失手遇害。李文甫為清兵所捕，從容談笑而死。朱執信平日文弱書生，攻督署的時奮勇爭先，其後亦潛入門生家易服出險。熊克武、嚴驥皆負傷而出。舉義失敗，革命志士紛紛潛入老百姓家中，李准大肆搜索，兼及港澳輪船和廣九鐵路。
林覺民烈士被執，張鳴岐、李准親訊，林烈士侃侃談論世界大勢，中國前途，舉坐動容。張、李且命解去鐐扣，延坐堂上，給以紙筆，林揮筆洋洋數千言，每書一紙，張、李即取閱。林寫未竟，稍為停頓，狀似嘔吐，李准親持唾盂近前，並奉以煙茶。供畢，又在法堂上演說，說到時局沉痛處，捶胸頓足，勸清吏洗心革面，獻身為國，革除暴政，始能使國家富強。林烈士被係數日，棄市之時，俯仰自若，從容就義。
林烈士覺民字意洞，號抖飛，福州市人，14歲入福建高等學堂，後赴日本慶應大學學哲學，和革命黨人林文、林尹民情同兄弟，被稱為「革命三林」。
辛亥年三月廿九日廣州起義失敗後，革命黨人棄屍街頭，沒有人敢去收殮，前後五天，清吏才通知廣仁、愛育、方便、廣濟四個善堂清掃遺骸，將其移置咨議局前曠地，分十餘堆，折臂斷腦，血肉模糊。清南海番禺兩縣知事擬將各烈士葬於狗頭山，後又擬葬於東門外臭岡。臭岡是安置執行死刑的屍體，聚集於一個巨穴中，掩以浮土，暴骨揚穢，路人均掩鼻而過，故名臭岡。善堂董事徐樹棠力持反對，他的理由是：「善堂收葬各骸，不能與死刑犯人同葬一所。」爭議未決，有位潘達微挺身而出，奔走呼籲，終於在紅花岡埋葬，岡上壙分四積直列，烈士們自死至葬，陳屍多日，繼以夜雨，屍體霉漲，有小蟲蠕蠕自發孔出。潘達微葬畢烈士，乃改紅花岡為黃花岡。所埋屍體共72具，故後人便以黃花岡七十二烈士相稱，但七十二位烈士的姓名直到民國11年（1922年）春才完全查出，乃在黃花岡上勒石記名，下面是七十二位烈士的姓名籍貫：
方聲洞福建人，林盛初廣西人，徐佩-廣東人，韋樹模廣西人，徐禮明廣東人，徐日培廣東人，李柄輝廣東人，李晚廣東人，郭繼枚廣東人，徐廣滔廣東人，游壽廣東人，徐臨端廣東人，李文楷廣東人，周華廣東人，陳春廣東人，徐茂燎廣東人，徐松根廣東人，徐滿凌廣東人，龐雄廣東人，馮超驤福建人，韋榮初廣西人，江繼復廣東人，徐昭良廣東人，徐培添廣東人，陳更新福建人，秦炳四川人，徐應安廣東人，勞培廣東人，徐褶成廣東人，杜鳳書廣東人，陳與焱福建人，余東雄廣東人，徐保生廣東人，徐廉輝廣東人，陳文褒廣東人，韋統鈐廣西人，李文甫廣東人，韋統淮廣西人，徐容九廣東人，徐進-廣東人，程良安徽人，林覺民福建人，宋玉琳安徽人，馬侶廣東人，陳潮廣東人，陳清疇福建人，羅乃琳福建人，李德山廣西人，喻培倫四川人，羅仲霍廣東人，卓秋元福建人，胡應升福建人，羅坤廣東人，饒國梁四川人，林尹民福建人，黃鶴鳴廣東人，黃忠炳福建人，王燦登福建人，林西惠福建人，饒輔廷廣東人，李雁南廣東人，陳可鈞福建人，石德寬安徽人，陳發炎福建人，周增廣東人，林文福建人，劉六符福建人，劉元棟福建人，林修明廣東人，魏金龍福建人，張學銓廣東人，林時爽福建人。
黃花岡之役以後，又爆發了保路運動。中國有鐵路始於距今100年以前，就是同治五年（1866年），英商所修築的吳淞上海之間的輕便鐵路。這條鐵路修築了10年，於光緒二年（1876年）通車，不幸剛通車就壓死了一名清軍士兵，引起沿路人民的嚴重憤怒。光緒三年（1877年）由政府備價28．5萬兩贖回該路，把路軌和車廂都拋在打狗港中。至於中國人自己的鐵路，則是於光緒七年（1881年）招商局所修築的，專為運煤用的唐山到胥各莊的唐胥鐵路。如果說中國正式有鐵路，應該從光緒七年（1881年）算起，比起世界上通車最早的鐵路，落後了50年。在修路過程中，曾受守舊派的阻撓反對，使修築一再停工。光緒十四年（1888年）這條路展延到天津，遂改稱唐津鐵路。
清政府把築路當做一件禍事，一般老百姓也反對這個「稀奇的怪物」。由於海禁大開，列強都爭著要求在中國修築鐵路，帝俄首先搶到了修築南北滿鐵路特權；隨後比利時得到蘆漢鐵路（就是京漢鐵路的前身）；美國得到粵漢鐵路；德國得到膠濟鐵路；法國得到滇越鐵路；帝俄得到正太路；英國得到滬寧路和道清路；比利時得到隴海路的修路權，修路權包括借款、施工、路政的管理。
光緒二十二年（1896年）清政府設立了南北鐵路總公司，派盛宣懷為首任鐵路督辦大臣。盛宣懷被稱為「中國鐵路大王」，沒有他就沒有中國的鐵路。他敢做別人所不敢做的事，敢於大膽地向外國舉債來修築鐵路，但因為欠了外債，使他興築鐵路的功勞和他被人責罵居於同等地位。因為列強各國爭奪路線，鬧出很多麻煩，於是首先由湖北、湖南、廣東三省倡出籌款購路的熱潮，這股熱潮立刻蔓延全國，光緒卅年（1904年）全國成立民辦鐵路公司的，竟達到13省之多。
列強各國爭奪鐵路權和劃分勢力固然不是辦法，而民辦鐵路由於民智不開和社會經濟基礎薄弱，因此也進行得不順利，這種情形下產生了四國銀行團，由美、英、德、法四國組成。四國銀行團用投資和貸款方式修築粵漢鐵路，改革中國幣制和振興東三省實業。清廷因為有了國際銀團的支持，於宣統三年（1911年）宣佈了「鐵路國有政策」，凡以前經政府批准由人民自行籌款修築鐵路的定案，一律取消。鐵路國有政策並不錯，可是因為一個傳聞，說四國銀團的借款是有回扣給清廷的，於是激發了人民一股反抗的怒潮，這個怒潮開始時和革命並沒有關連，可是演變下去卻和革命洪流匯合起來了。
保路運動在四川、湖南、湖北、廣東四省蔓延，他們提出：「誅盛宣懷以謝天下」和「路存與存，路亡與亡」的口號。四省均分別成立「保路同志會」。四省中最激烈的是四川，宣統三年（1911年）五月廿一日四川保路同志會成立。七月初一日，成都各界人民宣佈罷課、罷工、罷市、抗捐。市面恐慌，人心惶惑。十五日川督趙爾豐設計誘捕了保路代表蒲殿俊、羅綸、鄧孝可、顏楷、張瀾、胡嶸、江三乘、葉秉誠、王銘新、閻一士，蒙功甫等，成都將軍玉昆不主張對保路代表加以殺害。這時陰雨綿綿，民眾聞代表被捕，遂聚集總督衙門請願，要求釋放被捕代表。清軍統領田征葵助桀為虐，支持趙爾丰采取高壓政策，請願民眾在督院內被擊斃六人，民眾仍不散去，直至獲悉被捕代表並未處決，延至天明才逐漸散去。
因為請願民眾被屠殺，使保路運動由和平請願轉變為武裝起義。原來的保路運動，可以說是君主立憲派所指導和策劃的，其組成分子以咨議局、民辦鐵路公司和地方士紳為主，可是趙爾丰采取了高壓政策，用槍彈去對付手無寸鐵的民眾，不理睬他們的願望，進行了瘋狂的屠殺，這樣一來，保路運動很快便脫離了和平請願而轉向武裝起義。四川各縣民眾都紛紛集合進攻省城，戰鬥不斷在進行中，最後終於達成了四川省自治。
在這次事件中，充分暴露了清廷垂亡政治的弱點，在最上層中，攝政王載灃和總理大臣奕-交哄不已。四國銀行成立債權團，奕-因為回扣分贓不勻，以及四川總督趙爾巽調東三省總督及江西巡撫出缺都不得預聞，因之請假不往視事。下台的直隸總督端方，久蟄思動。端方本是光緒末年的紅官，曾任湖廣總督、兩江總督和直隸總督，當他在湖廣總督任內時，正值直隸總督袁世凱借丁憂假期來游漢口，兩人結成了兒女親家。光緒駕崩時，端方任直督，卻於光緒移靈時在隆裕太后行宮攝影，犯了大不敬罪被革職。這時行賄數十萬獲派川粵漢鐵路督辦。兩湖總督瑞-恐端方欲擠其缺，乃托肅親王善耆疏通隆裕太后，並黨同端方奏參趙爾豐，俾端方有機會謀取四川總督。成都濫殺請願民眾後，端方和岑春煊先後奉命前往查辦，端方乃由湖北抽調新軍一協進駐資州（今資中）。他與趙爾豐積不相容，趙爾豐因內外煎迫，於是自獄中陸續釋出被逮諸代表，並洽商四川省自治條款。雙方妥協，簽訂優待趙爾豐條約，趙出告示將民政交咨議局議長蒲伯英，軍事交四川新軍第一鎮統制朱慶瀾，先定辛亥年十月初一宣佈自治，繼改為第二復改為初七日。趙如約交出印信後，又生悔心，十月十八日成都發生變亂，趙復任總督，結果被殺。端方亦在武昌起義成功後為他所統率的新軍所殺，首級送武昌。