辛亥年十一月初二日，孫中山先生由歐洲返國抵香港，胡漢民、廖仲愷由廣州趕至香港迎候。胡對於當時的革命形勢自有一套看法，因此主張孫中山先生不要北上，留粵主持一切。他的理由是：
「當前的革命形勢，滿清垮台已無問題，可是袁世凱則是革命最大阻力。袁的問題不僅是他本人為一奸雄，加上他還有北洋系的四鎮兵力，這四鎮兵力無疑的乃是當前最富戰鬥力的部隊，所以袁的勢力至少可以達到武漢，甚至湖南，而廣東對北洋軍來說，因為距離較遠，鞭長莫及，自可埋首建立一支反袁的革命部隊。目前姚雨平已組成勁旅，不過人數不多，若有半年時間，簡練民軍，全力擴充，則五六萬精兵不難組成，以此和袁一拼，才有必勝把握。所以先生目前以留粵為上策，因為現在赴上海，必被擁為總統，這個總統沒有能戰的兵卒，一定受制於袁，對革命事業是無補的。」
胡的意見很正確，可是孫中山先生卻更有卓見，孫先生說：
「你只知其一，不知其二，我們革命不是靠堅甲利兵，如果我們不能登高一呼，身入虎穴，那麼人民所仰望於革命志士的是什麼呢？我們如果能以和平收革命全功，則是開世界革命的先河，何必先在家鄉練兵。目前的形勢是急需要一個革命政府以資號召，如能建立一個政府，則滿清必然傾覆，袁世凱也不可能抗拒。我們是革命同志，應該示人以誠，信任別人，不宜先預防他人不服，而一意謀以武力取天下。」
胡漢民、廖仲愷都被孫中山先生偉大抱負和開誠胸襟所感動，胡表示願隨孫先生北上。這時追隨孫先生同赴上海的還有吳敬恆、馬君武、張繼等。十一月初六日，孫中山先生一行抵達吳淞，上海方面革命黨人陳其美、黃興、汪兆銘等均在碼頭歡迎，大家相見狂喜，竟至擁抱跳躍。
孫中山先生抵滬後下榻愛儷園。初七日召集最高幹部會議，出席的有：黃興、胡漢民、汪兆銘、陳其美、宋教仁、張靜江，居正、馬君武等，會商組織臨時政府方案，一致公舉孫中山先生為中華民國臨時大總統。宋教仁主張實行責任內閣制，孫先生認為責任內閣不是中國鼎革時所宜實行的制度，但宋堅持，孫中山先生終於勉強同意，並命宋和張繼等磋商內閣總理人選。張繼主張推宋教仁，宋堅決不肯接受，並提議推黃興。黃初不肯接受，宋乃請居正、田桐、呂天民等再敦勸黃興，黃最後才應允。但此擬案，必須交由南京的各省代表通過，因各省代表原已通過中華民國臨時政府是總統制，而現在卻要改為內閣總理制。
辛亥年十一月初八日黃興、宋教仁專車赴南京，駐丁家花園，晚赴咨議局出席各省代表大會，討論修改臨時政府組織法。可是各省代表多不贊成內閣制，因此表決時還是通過總統制。
初十日17省革命代表開正式選舉會，出席的17省代表名單為：奉天代表吳景濂，直隸代表谷鍾秀，河南代表李-，山東代表謝鴻燾，山西代表景耀月、李素、劉懋賞，陝西代表張蔚森、馬步雲，江蘇代表袁希洛、陳陶怡，安徽代表許冠堯、王竹懷、趙斌，江西代表林子超、趙士北、王有蘭、愈應麓、湯漪，浙江代表湯爾和、黃群、陳時夏、陳毅、屈映光，福建代表潘祖彝，廣東代表王寵惠、惠憲甫，廣西代表馬君武、章勤士，湖南代表譚人鳳、鄒代蕃、廖名-，湖北代表馬伯援、王正廷、楊士傑、胡瑛、居正，四川代表蕭湘、周代本，雲南代表呂志伊、張一鵬、段宇清。由浙江代表湯爾和為議長，廣東代表王寵惠為副議長，江蘇代表袁希洛為書記。首由議長湯爾和宣佈開會，並報告我國數千年專制政體已告結束，共和政體已經實現，大家熱烈鼓掌。隨後即進行選舉，每省為一票，共17票，開票結果，孫中山先生以16票當選，另一票為黃興。議長遂隆重宣佈孫中山先生當選為中華民國首任臨時大總統。大會同時通過，推舉湯爾和、王寵惠至上海恭迎孫中山先生至南京就職。十二日開會，黃興臨時提議以中華民國為紀元，改用陽曆，大會亦一致通過。散會後黃興乃發兩則電報，一致陳其美：「陳都督鑒：今日參議會決議改用陽曆，並以中華民國紀元。明日為中華民國元年正月一日，請公佈。」一致《民立報》於右任：「《民立報》於君右任鑒：今日由參議會決議，以明日為中華民國元年正月一日，孫大總統來寧發表臨時政府之組織。」
同時發出通電：「本日在寧開臨時大總統選舉會，到會者十七省。孫中山先生當選為臨時大總統，特此通告。」孫中山先生當選為臨時大總統後，有電給武昌的黎元洪：「武昌舉義，四海雲從，列國輿論，歌誦民軍，無微不至，而尤欽佩公之艱苦卓絕。文於中國革命，雖奔走有年，而此次實行，並無寸力，謬蒙各省代表舉為總統，且感且愧，惟有勉為其難，以副諸公之盛意。武漢為全國之樞紐，公之責任維艱，伏維珍重。」黎亦有復電給孫中山先生：「頃接各省代表會蒸電稱：臨時大總統之任，先生當選，曷勝欣賀！先生識高千古，慮周全球，挽末世之頹風，復唐虞之盛治，使海內重睹漢官威儀，不獨四萬萬同胞之福，即東西各國亦莫不景仰高風，為中華民國慶！專此電賀。中華民國萬歲！中華民國大總統萬歲！」
接著各省代表團也聯名致電黎元洪：「各省代表會於元月二日決議，選舉臨時副總統，即於三日上午十時開選舉臨時副總統大會。我公當選。除通告全國外，並由本會特派員繼各省代表簽名書敬呈鈞鑒！兼表歡迎。」南京臨時政府也致電黎元洪：「今日參議院選舉副總統，經全數投票，舉我公充任，共慶得人，謹為中華民國前途賀。」
辛亥年十一月十三日於是成為中華民國元年1月1日。孫中山先生就在這天率領湯、王兩代表和美籍顧問荷馬李於下午5時專車抵達南京，下榻於寶華。提起這個寶華-倒是一個有名的地方，它是清兩江總督招待外賓的賓館，後來變成了西箭道參謀本部。
孫中山先生抵京後，有人問孫先生說：「您這次回國，帶來了多少餉？多少槍炮？」孫先生笑著回答說：「我空著兩手回來，可是我帶回來國人最需要的東西，就是革命精神。」
民國元年元旦（以下本文全改用陽曆）晚10時，孫中山先生就任臨時大總統，宣告中華民國成立。臨時大總統誓詞曰：
「傾覆滿洲專制政府，鞏固中華民國，圖謀民生幸福。此國民之公意，文實遵之，以忠於國。為眾服務。至專制政府既倒，國內無變亂，民國卓立於世界，為列邦公認，斯時文當解臨時大總統之職，謹以此誓於國民。」
臨時大總統提出內閣名單，仿照美國政府制，不設總理，分作九部，由總統提出各部總長、次長名單如：
陸軍部總長兼參謀總長：黃興，次長：蔣作賓
海軍部總長：黃鐘瑛，次長：湯薌銘
司法部總長：伍廷芳，次長：呂志伊
財政部總長：陳錦濤，次長：王鴻猷
外交部總長：王寵惠，次長：魏宸組
內務部總長：程德全，次長：居正
教育部總長：蔡元培，次長：景耀月
實業部總長：張謇，次長：馬君武
交通部總長：湯壽潛，次長：於右任
總統府秘書長：胡漢民
代表會對國務員名單亦小有修改，原來孫大總統是提名宋教仁長內政，章炳麟長教育，未獲通過。
中華民國臨時政府組成，名單公佈，各部總長中僅陸軍、外交、教育三部是同盟會會員，其餘各部總長都是立憲派人士中同情革命者。不過次長幾乎全是同志。政府雖告成立，實業部總長張謇、交通部總長湯壽潛均住上海，內務部總長程德全則臥病租界，財政部總長陳錦濤則在上海洽商借款，司法部總長伍廷芳更因在上海主持和議，不克返寧，所以這時的南京政府，實際負責的總長也只是三位革命黨人，就是陸軍部總長黃興、外交部總長王寵惠、教育部總長蔡元培。其餘五部部務均由次長代理。
臨時政府經參議院通過後，孫大總統於1月5日舉行各部委任禮，各部成立的日期則有參差。特表列如下：
機關名稱成立日期地點
陸軍部一月九日督練公所
海軍部一月十七日水師學堂
外交部一月十一日原設總統府內，三月
二日遷鼓樓前獅子橋
司法部一月十二日甲家巷
財政部一月十七日舊藩署
內政部一月十七日江南政務廳
教育部一月十九日交涉署（碑亭巷外務司）
實業部一月二十三日勸業道署
交通部一月二十三日糧道署
法制局一月十五日中協署（今肥侯府）
南京衛戍總督府一月十四日
本來武昌方面和上海方面的革命同志意見就不太協和，事情肇因由於黃興，黃興自己已經竭力希望彌補這個裂痕，可是天下事往往是有了裂痕，只會擴大，很難彌縫。南京組府時，推舉黎元洪為副總統，也是黃興的建議，其目的即在調和武漢，不過武昌首義的志士甚多，僅讓黎元洪一個人做副總統，在武昌方面看來是不公平的。當時黎元洪下面的革命同志中，最重要的有一位孫武，他對策劃起義，貢獻很大，起義前一天，孫武試驗炸彈，不幸爆發被炸受傷，舉義後孫武是軍務部長，南京臨時政府成立前，孫武由武昌到了上海，因為他和黎元洪接近，所以對黃興很不好，由於和黃不睦，言談之間，自然對上海方面的革命同志也不好。陳其美對孫武的印象便非常不佳。臨時政府籌組時，孫武希望做陸軍部次長，可是陸軍部總長是黃興，黃既然不歡喜孫武，自不會拉他作次長。於是孫武便被擯棄，就因此使得武漢和寧滬之間更形貌合神離。
當臨時政府的人事尚在磋商時，有一天，於右任去找黃興，恰巧這天胡漢民、宋教仁都在黃處，黃見到這位西北革命領袖、《民立報》的主持人，便笑著說：「你來得正好，我們正在談組織政府的人選，你有什麼意見？我們大家不妨交換一下。」於表示有一件事必須注意，就是在政府人選中，應該多容納武昌首義的革命同志。不幸於的意見並未被黃完全採納。當時孫中山先生甫由國外返國，對於組府人事黃興意見最被尊重，黃認為已經公舉黎為副總統，武昌方面應該滿意了，所以各部次長多由海外歸國同志出任。至於章炳麟（太炎），原本是提名他為教育部長，未被各省代表會同意，遂告落空。章是個學問家，但個性很怪，他參加革命一心想做一個國師，想像戲台上的諸葛亮或是劉伯溫，不料南京臨時政府組成後竟沒有他的份，遂使他也站到武昌方面。由於武昌不滿南京組府的人事，而浙江的陶成章也與武昌接近，因此浙江一部分革命同志亦傾向武昌，使寧漢之間的裂痕更加擴大。
同盟會在革命時期一直是個秘密組織，南京臨時政府成立，才決定改為公開組織，以「鞏固中華民國，實行民生主義」為宗旨，舉孫中山先生為總理，黃興、黎元孫為協理，宋教仁、胡漢民、馬君武、劉揆一、平剛、張繼、李肇甫、汪兆銘、居正、田桐為幹事。實際責任由宋教仁負責。
辛亥革命前，革命志士的觀念多是「排滿」的狹義民族主義，所以革命成功後，部分革命黨員以為目的已達，過去結合的因素消失，加上組府的人事問題，革命的其他意見，因此分化的作用便隨之發生。章炳麟的光復會本是同盟會的一個支系，辛亥光復後，同盟會主急進，章派主緩進。南京政府成立後，章即脫離同盟會，民國元年1月3日先組織中華民國聯合會。後來張謇一派的預備立憲公會因同以江浙人士為中心之故，遂與章之中華民國聯合會合併，組成統一黨，以注意民生採用社會政策、發展國民經濟等十一項為政綱，由章炳麟、程德全、張謇、熊希齡為理事，湯壽潛、唐紹儀、湯化龍等為參事。另一方面孫武因不滿黃興，乃約湖北臨時參議員劉成禺、張伯烈等組織民社，以擁黎為號召，主張「進步主義，以謀國利民」為宗旨，發起人有黎元洪、藍天蔚、譚延-、王正廷、王鴻猷、孫武、張振武、吳敬恆、劉成禺、寧調元、張伯烈、汪彭年等。這個民社可說是以湖北人為中心。
章炳麟有學問，古怪，是個大膽敢說的人，孫大總統對他很優容。在南京組府時，章有一信給孫大總統，請戒飭左右，孫中山先生以章素好詆訶，不以為意。章遂再上一書云：「……武昌倡義，曾不二月。南北肅清，首發難者不敢居功，而況吾儕鼓吹之士？……僕亦嘗與人言，孫君今日蒞中國而總群黎，非復曩日秘密結社時也，宜屏去幸人，委心耆秀，東西從者三數浮浪之人，一律資遣歸國，無令雜處，然後搏精一志，勞來四民，南方雖弱，足勉自成就，嘗傳達其言於汪兆銘……箴規不聽，不得不著之報章……僕雖淺拙，亦嘗涉歷世變，死生之分，一繫於執事耳。」孫大總統對這位狂妄的國學大師不以為忤，還聘為總統府的樞密顧問，其聘函典雅可誦，有謂：「執事目空五蘊，心殫九流，擷百家之精英，為並世之儀表，敢奉國民景仰之誠，屈為樞密顧問。庶幾頑懦聞風，英彥景附，昭大業於無窮，垂型範於九有。佇盼高風，無任響往，急惠軒車，以慰飢渴。」從這封聘函可以看出孫大總統的豁達大度，實在是一位偉大的開國領袖。
中華民國的臨時參議院是在國民元年1月28日上午8時正式成立，議員到會的有17省38名議員。孫大總統致祝詞，然後黃興、蔡元培、居正、馬君武相繼演說。最後推選林森為議長，王正廷為副議長。
南京臨時政府時期，孫中山先生和17省代表所組成的參議院之間，始終存在著相當的距離。
古老的中國，根本就沒有國旗，及至西方列強侵入中國後，清朝才制定國旗，當時決定以「黃龍旗」作為大清帝國的國旗。龍是個抽像的東西，封建時代它代表皇帝，而黃色則是清朝的代表色，「朕即國家」，所以黃龍為清國旗是很合理的。可是龍只在中國有象徵意義，對西方各國則毫無意義，外國人根本不知道這是個什麼動物？加上早期的黃龍旗是三角形，三角形的國旗在世界國旗史中還沒有，三角形旗上的動物又是大家從來未見過的動物，洋人不知龍為何物，只好叫它是一個「有爪之蛇」！
武昌起義時，革命軍所用的旗幟是代表十八行省的「鐵血十八星旗」；後來又改為代表漢（紅色）、滿（黃色）、蒙（藍色）、回（白色）、藏（黑色）的五色旗代表五個民族。南京臨時政府成立時，臨時參議院議決，以五色旗為中華民國的正式國旗。孫大總統卻堅決主張以青天白日旗為國旗，他提請參議院復議的咨文中曾列舉如下的理由：
「貴院議決以五色旗為國旗，本總統認為未可遽付頒行。清國舊制，海軍以五色為一二品大官之旗，今黜滿清之國旗而用其官旗，未免失禮。五色旗用意為五大民族，然其分配代色，取義不確，如以黃代滿之類。且既雲五族平等，而上下排列仍有階級。……天日之旗為漢族共和黨（註：即同盟會的前身興中會）人用之於南方起義者十餘年，乙未年陳皓東身殉此旗。……青天白日取象宏美：中國為遠東大國，日出東方，為恆星之最大者，且青天白日示光明正照，自由平等之義……」
臨時參議院認為青天白日旗僅是同盟會一個黨派所制定，不能代表全國，而五色旗已經為武昌革命軍所採用，就具有極大的歷史意義，因此該院仍然決定以五色旗為國旗，而將青天白日旗改為海軍軍旗，並將武昌革命軍初期所用的十八星旗規定為陸軍軍旗。
興中會早期曾用過紅、藍、白三色旗，紅色象徵「流血以求自由」，藍色代表「公正平等的天空」，白色說明「人心皎潔而互愛」。三項意義表示「自由、平等、博愛」。這個三色旗不久即為青天白日旗所取代。