武昌首义，震动全国。各阶层人民纷起响应，各省相继脱离清政府并建立地方共和政权，革命运动达到高潮。
首先响应的是湖南。在中国近代历史上，湖南是革命风潮屡起的省份之一。自光绪三十年（1904）华兴会长沙起义失败，经萍浏醴之役，湘省革命党人活动始终未断。共进会成立后，浏阳人焦达峰受命由日本回湘，在浏阳、醴陵一带发动会党，又由陈作新等联络新军和巡防营，革命准备逐渐成熟。黄花岗之役后，湘鄂两省革命党人约定：“中国革命以两湖为主动，如湖北首先起义，则湖南即日响应，湖南首先起义，则湖北即日响应”。①从此湘省党人决定将全省分西、中、南三路加紧筹备工作，并在长沙设立各种名义的联络机关多处。武昌起义消息传来，新军士兵均欲即刻响应。宣统三年九月初一（1911年10月22日）晨，焦达峰、陈作新集合长沙城外新军，分两路进攻长沙。清军不战而溃，巡抚余诚格逃走，清军中路巡防营统领黄忠浩被击毙；革命军当天即占领长沙。
苏州忠王府戏台第二天，湖南军政府成立，焦达峰、陈作新被举为正副都督，原湖南谘议局议长谭延闽任参议院议长。之后，焦达峰立即派出西、南两路招抚使，分赴全省各地，发动起义，成立革命政权；派湘军赴湖北支援首义地区。但旧官僚、立宪派不甘心让革命党人充任正副都督，他们首先利用参议院攫取军政府实权，规定：“参议院规划民、军全局、行政一切用人事宜”，“都督之命令，必经本院决定，加盖戳印，请都督盖印，由本院发交各部执行”②。接着又仿照湖北军政府办法，实行军民分治，在都督之下分设军政、民政两部，其部长及所属司、处负责人员，多为立宪派所掌握，正副都督则形同虚设。对此，有人提醒焦、陈要提高警觉，陈作新等人却天真地以为：“今日复见汉官威仪，如家人聚首，何戒备之有”？③在立宪派面前完全解除了武装。而立宪派则进一步收买旧军官梅馨及部分士兵于九月初十（10月31日）发动暴乱，先后杀死陈作新和焦达峰，拥谭延间为都督。湖南政权完全为立宪派所控制。
陕西与湖南同时起义。陕西同盟会员井勿幕等人在省内活动多年，许多新军士兵加入同盟会，势力遍及全省的哥老会也与革命党人联成一气。武昌起义消息传来，新军排长党人钱鼎等以时机迫切，密议于九月初一（10月22日）起事，推协参谋兼三标一营管带同盟会员张凤翔任指挥。张认为“即已举事，当先发制人。不宜缓至天晚也”④。遂各回本营，先使人改换便装，散布城内要地。当天上午十一时，起义正式发动。新军党人党仲昭等带马步兵十余人以领子弹为名，由西安南门入城，分两路直趋军装局；钱鼎等由西门入城，至陆军中学堂，收其枪械；张凤翔率队入城，为夺取军装局各部之应援。起义军甫到军装局，守兵即逃散。接着起义军分头占领各官署和鼓楼，护理巡抚钱能训和其他官吏逃至市民家藏匿，西安将军文瑞逃进满城。次日黎明，义军猛攻满城，下午三时城破，文瑞投井自杀，西安光复。初一晚，革命军领导人集中军装局，选举张凤翔和钱鼎为全陕复汉军大统领和副统领（后改称军政府正、副都督），成立陕西军政府。陕西独立，使清政府背后受敌，因此，立即受到清军东西两路进攻。革命军为保卫新政权，与清军展开激战，直到南北议和开始，战斗才告结束。
九江独立是为江西起义先声。初，革命党人林森曾在此创办书报社，宣传革命，联络军、学界、商团和会党。武昌起义后，九江一夕数惊，革命党人积极运动九江驻军五十三标将士起义。标统马毓宝本无革命思想，但在形势促使和党人劝诱下，附和革命。九月初二（10月23日）晚，九江城内各营新军以发炮为号，进攻九江道衙门和知府衙门，各官员狼狈逃走。次日，九江军政分府成立，推马毓宝为都督。这时南昌革命党人也正加紧运动城内驻军二十七混成协官兵。武昌、九江独立消息传到南昌，各报刊纷纷报导，各界人士制备白旗，准备迎接革命军；新军和学生筹划响应。巡抚冯汝骥战守不定，一面调巡防营监视新军，一面收缴陆军小学枪弹，软禁协统吴介璋。但在党人鼓动下，新军下级军官集会决定起义。九月初十（10月31日）晚，城外新军在城内学生响应下，进入南昌城，迅速占领各衙门。除冯汝骙外，清吏均闻风逃避，城守、巡防和水师挂白旗归顺。次日南昌绅商学界在谘议局集会，决定江西独立，推吴介璋为都督。后因部分军官暗中倒阁，吴介璋上台两月即告辞职，党人彭程万被推为都督。彭本身无实力，不久便自动取消都督名义，率军北伐，并劝说各方拥护九江马毓宝任江西都督，统一军政。
同盟会成立后，山西留日学生一百余人入盟，组成同盟会山西支部。他们陆续回归省城，即深入新军开展革命工作。太原新军第四十三混成协共两标四千余人，八十六标驻城内，同盟会员阎锡山任标统；八十五标驻城外狄村，除标统外，中级军官多为革命分子。武昌起义和陕西独立后，革命党人准备响应。清山西巡抚陆钟琦即怕陕西革命军来攻，又担心太原新军起义，于是以防止陕西革命军入晋为借口，调八十五标去扼守河东。新军党人乘机要求陆准予配备子弹，否则难于应命。陆被迫答应新军条件。得到子弹后，八十五标士兵在三营管带姚维藩率领下，于九月初八，（10月29日）晨分三路进攻太原，一路进攻巡抚衙门，一路攻满城，一路夺取军装局。城内陆军小学堂学生及八十六标部分官兵起而响应。第一路革命军，经激战，击溃抚署卫队，毙陆钟琦和协统谭振德，满城和军装局也速被革命军占领。不到半日太原即告光复。当天，起义领导人和各界代表在省谘议局集会，推阎锡山为都督，陆军小学堂监督、同盟会员温寿泉为副都督；姚维藩以起义首功被推为全省总司令，并立即率兵进驻娘子关，以防清军进攻。
武昌起义消息传到云南，革命党人极为振奋。九月初六（10月27日），哥老会首领、同盟会员张文光首先发动新军七十六标和当地防营，在腾越起义，战领腾越城。三天后省城昆明亦点燃革命烽火。自光绪三十四年三月（1908年4月）底河口起义失败，革命党人李根源、罗佩金等相继回滇，深入新军发动革命。宣统三年（1911）新军大部分已倾向革命。武昌起义后，党人邀集一些军官在营管带唐继尧住宅集会，举梁启超的学生、第三十七协协统蔡锷为总指挥。九月初九（10月30日）晚，第七十三标第三营首先在驻地北校场发难，然后进入昆明城，攻军械局，不克。清军据五华山顽抗，战斗异常激烈。次日，炮兵助战，革命军遂先后占领军械局和督署。当日，蔡锷被选为云南都督，各级军官分任要职，而多数同盟会员却以“不居功就大任”自慰。