总督衙门被攻占后，起义部队的主要目标就是藩署。藩署是湖北布政使衙门和银库所在地。之前夜里，一股起义军曾进攻此处。湖北布政使连甲率领若干卫兵与武装消防队，在藩署南搂作困兽之斗。起义军的第一波进攻没有得手。天明后，蔡济民带人来助攻。起义军势力大增，对藩署发动猛烈进攻。凤凰山炮台也对藩署发炮。很快，连甲的卫兵及武装消防队作鸟兽散，藩署归入革命军的掌握。布政使连甲逃跑，赶紧找地方躲藏起来。藩署易手之时，30标第一营左队队官、满人崇光率领本部兵马闯入藩库，企图劫取现银。结果，该队被守库的起义官兵击溃。守库士兵恪守纪律，面对满地的银两、银元、纸币，没有私掠分文。经过清查，湖北省存款约4000万元。这个数目是从张之洞到瑞澂历任督抚积累的结果，在各省中遥遥领先。这笔巨款为日后湖北革命政府扩充军队、稳定市场，开展各项活动提供了充足的财政支持。
起义军占领这几个主要目标后，开始对其他军政机关和没有参加起义的部队发动进攻。
起义如火如荼时，混成协41标始终平静如水，没有举动。原来，起义发生时，第二十一混成协协统黎元洪就在41标，强力阻止官兵起义。47岁的黎元洪是湖北新军的第二号人物，非常敬业，吃住都在军营中。他在41标军营中得知起义消息后，马上召集本协将校集合开会。会上，黎元洪做出了两项决策：第一，关闭所有还能控制的部队的营门，收缴武器，禁止人员出入；第二，部队遇到革命党人进攻则还击，革命党人退去则不追击，按兵不动，待天明再做计议。晚11时半，工程八营士兵周荣棠翻墙跳入大营，高喊革命已经成功，号召41标官兵一起去攻打总督衙门。黎元洪气急败坏，抽出佩刀，当场将高声呼喊的周荣棠杀死。午夜时分，远近炮火印红了武昌的黑夜，越来越近的喊杀声让41标官兵心惊胆战，很快在41标营地接连落下重炮。起义部队对该标发动了进攻！黎元洪知道胜负已定，长叹一声，下令打开军营大门，允许军官带领士兵逃生。命令一出，早已丧失斗志或者倾心革命的官兵们都鱼贯而出，前者一哄而散，后者欢呼着去寻找同志。黎元洪夹杂在乱军中，灰头土脸地逃出营房。他不敢回家，就躲入参谋刘文吉家中。
当晚，总督府、藩署、官钱局、邮电局、各个城门、各类学校都被起义军占领。各部没有参与战斗的士兵，也都自动倒戈。中和门外陆军中学堂约千名学生，全体荷枪入城，与倒戈的清军一起到楚望台集合，听候改编。这些部队，长官都逃跑了，都由棚目带队，秩序良好。大约15000人的湖北新军，除少数部队因对清廷愚忠而在起义中被消灭外，成建制地转变为了革命军。
11日早晨，当武昌百姓迎着晨曦，小心翼翼地走出家门的时候，惊喜地发现换了一个天地。清朝军警和官吏，都无影无踪了，取而代之的是左臂缠着白布的士兵，守卫城门、机关，巡视大街小巷。
由于胜利出乎意外，武昌城内的百姓准备不及，有的用被单为旗，有的用白布当旗，欢庆胜利。原先，起义军计划以共进会的会旗——十八星旗作为军旗和胜利后的标识。但是宝善里机关被巡捕查抄时，预备着的十八星旗被抄走了。只有李作栋在混乱中，扯出一面十八星旗带在身上逃出。他把这面旗帜由汉口带到南湖，参加了昨晚的南湖炮队起义，后来又进城作战。11日清晨，他将这面旗帜交了出来，让它高高飘扬在黄鹤楼警钟楼楼顶。此后，十八星旗始终飘扬在黄鹤楼顶上。
值得一提的是，11日后武昌城内还有部分对清朝愚忠的顽固清军，就是新军第30标第一营，主要由八旗子弟组成，对革命抱敌视态度。管带郜翔宸在革命军起义后，开始的时候坚闭营门，后来遭到了起义部队的炮击，就率领全营满族士兵出击起义军的蛇山炮兵阵地。楚望台指挥部派遣进城的李鹏升部队增援蛇山阵地，将这一营顽固清军击退。郜翔宸部队在败退途中遇到吴醒汉等四五十名起义士兵。他误以为吴醒汉等人是观望的部队，竟然强迫吴醒汉等人“归队”，胁迫他们来到第一营的营房。吴醒汉等人将计就计，抓紧时间在敌营养精蓄锐。休息到天明，大家精神恢复，一鼓作气，对旗兵大声喊打。郜翔宸部队不是对手，纷纷夺门而逃。下午一点钟，郜翔宸纠集部分残余，竟然偷袭谘议局（当时已经是临时政府所在地）。起义军因为军队不够，临时安排测绘学堂的学生们守卫谘议局。这些学生兵战斗力弱，被郜翔宸等人攻散。正在谘议局内吃午饭的蔡济民等起义领导人，不得不爬到谘议局后面的山上躲避。所幸郜翔宸这支残军，很快被闻讯赶来的起义军杀退。郜翔宸等人狼狈逃出小东门，窜至东湖一带，最后被民间乡团击溃。此后，武昌城内再无成建制的顽抗清军了。
武汉三镇中，汉阳、汉口与武昌隔江相望，由第二十一混成协42标驻守。10月11日，高级军官听说武昌失陷后，弃职而逃。下午，驻汉阳的42标一营的革命党人，得知武昌起义获胜的消息后，决定于当晚8时30分举义。起义按时举行，左队队官宋锡全却想上前制止，一名士兵将白布突然缠在他的左臂上，瞪着他说：“不要糊涂。”宋锡全就这么参加了起义。起义者未遭任何抵抗，迅速占领了兵工厂等目标，并拖炮在龟山布防。汉阳兵工厂是当时中国最大的兵工厂，能够生产完备的新式武器，战略地位极其重要。12日清晨，瑞澂派载有步兵的军舰一艘，从刘家庙直驶龟山，企图夺占兵工厂，结果被龟山上的炮兵发炮击中，被迫缩回江中。
武昌起义的消息11日早晨就传到了汉口。文学社骨干詹大悲的朋友看到汉口江边有外国人拿望远镜向武昌方向观看，就向一个日本人询问。日本人说昨夜省城已经被革命军占领。这名朋友干脆大胆地闯入汉口监狱，将正在服刑的詹大悲拉了出来，其他在押的罪犯尾随而出。看守瞠目结舌，不敢阻拦。12日上午，驻汉口的第二营中的革命党人，在第一营策应下，亦率众起义，并拟夺占刘家庙车站。该营在进军途中，得知清军河南援军已经抵达汉口郊外，担心寡不敌众，就退回大智门一带防守。詹大悲在汉口组织了军政分府，担任主任。
武汉三镇完全光复。这是革命党人自1895年第一次广州起义以来占领的第一个重要城市，推倒了第一张多米诺骨牌。
泥菩萨黎元洪
起义军占领武汉三镇后，迫切需要建立一个与清政府对抗的政权，不然他们不是叛军就是历史上的游寇。
同盟会对起义成功后的政权设置有一套规定，计划在光复地区建立军政府，以都督为最高领导。按同盟会所订《军政府与各国民军之条件》第一条：“各处国民军，每军立一都督，以起义之首领任之。”这也是惯常的做法。武昌起义的实际领导人是吴兆麟，按照惯例应该由他出任胜利后的湖北都督。但吴兆麟坚决拒绝当都督。一方面，他年轻资历浅，没有丝毫行政方面的经验；另一方面，他自知在文学社、共进会也好，在同盟会也好，自己不是活跃分子，之前在革命阵营中默默无闻，如今不适合担任革命领袖。参与起义的文学社和共进会成员也不愿意推举吴兆麟当都督。
11日午后，各处起义士兵控制局面后，纷纷涌向湖北省谘议局，要求尽快建立新政权。为什么他们都涌向谘议局呢？这是一个耐人寻味的现象。尽管谘议局是清朝政府批准设立的，但毕竟是经过一定范围的选举所产生，其成员是本乡本土有威望有能力的士绅。之前，谘议局里面的立宪派们批评现实，推动立宪改革，多多少少为老百姓说了话。因此，在广大士兵心目中，谘议局和清朝政府是有区别的，议员们是可以信赖的。起义成功后，谘议局的议员们纷纷赶到这里，和起义各部军官联合商议未来去向——这就让在起义中没有丝毫功劳的立宪派们参与了政权。
起义骨干和议员们推举谘议局议长汤化龙主持商讨会议。大家都有让汤化龙出任湖北都督的意向。汤化龙是著名的立宪分子，之前和革命党人没有瓜葛，赶紧表白说：“革命事业，鄙人素表赞同。”但他马上表示：“兄弟非军人，不知用兵。关于军事，请诸位筹划，兄弟无不尽力帮忙。”就这样，他婉拒出任都督。汤化龙一席话，说得立宪派议员们纷纷点头。他们对既得利益比较看重，对革命胜利的前景还没有把握，所以不愿意出面领导与清廷对抗。这就是立宪派在革命前期的立场。
既然汤化龙不愿意出头，吴兆麟作为起义总指挥提议：“首义后军民两政实繁，兄弟拟请在座诸位同志先生公举黎元洪统领为湖北都督，汤化龙先生为湖北民政总长。两公系湖北人望，如出来主持大计，号召天下，则各省必易响应。”吴兆麟作为旧军官，而非热心革命党人，心目中的政权领袖不是立宪派就是原来的高官将领。他的意见在当时发挥了重要作用。
按照吴兆麟的提议，起义后的政权军民两政分治，将行政权力让给汤化龙。这里面可能有起义官兵不熟悉地方政务、缺乏相应人才的现实考虑，更有通过权力妥协争取立宪派支持新政权的目的。而推举黎元洪的原因，吴兆麟说了两点：一是湖北人，二是声望高，容易获得各省响应。还有一个原因是黎元洪作为在清朝官场有重大影响的高官和新军名将，容易被新军官兵和立宪派所接受，也容易争取尚在观望中的前清官僚。
果然，吴兆麟的提议得到了与会代表的赞同。会场响起了热烈的掌声。
但是，黎元洪人在哪儿呢？
当天下午，马荣在大街上发现了黎元洪的一个佣人，拦住盘问得知了黎元洪的藏身之处，随即带领一队士兵前往刘文吉家，用枪把黎元洪逼了出来。其中具体的情形如何，众说纷纭。后世盛传黎元洪是躲在床下被起义官兵揪出来的，宣扬黎元洪的保守、恐慌和懦弱。“床下说”最早见于反黎报纸《震旦日报》1912年春攻击黎元洪的社评，并没有切实的证据。最有可能的情况是这样的：
当时黎元洪躲在刘家的卧室里，见士兵们荷枪实弹涌进房间，以为是来杀自己的，颤巍巍地问道：“各位弟兄，黎某自问不曾亏待过大家，为何要取我性命？”不想，士兵们七嘴八舌道：“协统勿惊，我等是来迎接您出去领导革命的。”这一回答让黎元洪更害怕了。他又摇头来又摆手，连连说道：“不行，不行，造反是要杀头的，莫害我，莫害我。”说着，他竭力和士兵们拉开距离，一会躲到蚊帐后面，一会绕着大床和士兵们玩躲猫猫游戏。最后，马荣急了，拉响枪栓，威胁黎元洪：“你再不跟我们走，我就开枪了！”黎元洪这才极不情愿地随着众人，前往湖北省谘议局。
黎元洪到底何许人也？他为什么会得到起义官兵和立宪派的一致认可，又为何会有如此的戏剧性反应？
黎元洪，1864年出生于汉阳中等偏下人家。父亲黎朝相投军累功升至把总一职，老实本分，没有多少收入。他常年行军在外，家里生活非常困难。黎元洪小时被父亲接到驻所直隶北塘读了几年私塾，但是黎元洪读书取仕的心思早没了，却立下了从军的志向。1883年，黎元洪考进天津水师学堂，开始军旅生涯。入学不满月，父亲黎朝相病故，黎家断了经济来源。黎元洪作为长子，上有母亲小有弟弟妹妹，毅然挑起了全家生活的重担。他的收入，只有每月四两银子的学校补贴而已。用这四两银子，黎元洪养活了全家。在学校里，他生活俭朴，埋头读书；每次回家探亲，他都徒步走完从天津学校到北塘家里的百里路程。当时水师内部的风气极差，赌博、吸毒、嫖妓成风，黎元洪洁身自好，获得了上下一致赞赏。
1894年，黎元洪已升为五品官，任南洋水师“广甲”号的二管轮。黄海海战中，广甲号管带吴敬荣率舰临阵脱逃，结果慌不择路而搁浅。日军尾随而来，吴敬荣独自逃生，余下的官兵决定凿船自沉。船沉后，官兵们落海逃命。黎元洪不会游泳，却在与大海拼搏了三个多小时后，安全漂到岸边获救。广甲号只有四名官兵获救，黎元洪就是其中一个。