当南京未克复时，江苏都督程德全，浙江都督汤寿潜，公电沪军都督，提议“请各省各派代表，在上海开一会议”。其资格系：（一）由各省谘议局各举一人，（二）由各省都督府各举一人。有两省以上的代表到沪，即行开议；续到的随到随加入。沪督赞成了。于是以苏浙都督府代表的名义，通电各省，“请即派员到沪，组织临时政府”，并请“公认伍廷芳、温宗尧为临时外交代表”。各省复电，多就近派本已在沪的人为代表，所以代表齐全得很快。九月二十五日，开第一次会议。议决定名为“各省都督府代表联合会”。二十七日，以黎都督亦有通电，请各省派代表到武昌，组织临时政府。议决：“会所以上海为宜”，电请武昌派代表到沪与会。三十日，议决：“以武昌为中央军政府，以鄂军都督执行中央政务。”并请“以中央军政府名义，委任伍廷芳、温宗尧为民国外交总副长”。十月初三日，议决：“各省代表，同赴武昌，组织临时政府。”初四日，又议决：“以一半赴湖北；一半留上海，为通信机关，以便联络声气。”赴湖北的代表，于初十日，在汉口开会。十三日，议决《临时政府组织大纲》二十一条。
临时大总统，由各省都督府代表选举之。以得票满投票总数三分之二以上者为当选。——代表投票权，每省以一票为限。
（第一条）
参议院以各省都督府所派参议员组织之，（第七条）……每省三人。……其派遣方法，由各省都督府自定之。（第八条）……未成立以前，暂由各省都督府代表会，代行其职权。……（第十六条）
十四日，得南京光复的消息，就议决：“以南京为临时政府设立的地点。各省代表，限七日内齐集南京。有十省以上的代表到了，即开临时大总统选举会。”就是这一天，留沪的代表，忽而票举黄兴为大元帅，黎元洪为副元帅。明日，又议决大元帅的职权。即以大元帅主持组织中华民国临时政府，武昌各代表，通电否认。旋武昌各代表，齐集南京。二十四日开会，议决：“于二十六日选举临时大总统。”
先是：初十日，武昌的民军，由英领事介绍，与清军停战三日。三日期满之后，又继续停战三日。十五日，袁世凯电汉口清军，停战期满之后，再继续十五日；而派唐绍仪为代表，与黎都督——或其代表人讨论大局。
二十五日，浙江代表陈毅从湖北到南京。报告“唐绍仪已到汉口，黎都督的代表，业经和他会晤。据唐绍仪说：袁世凯也赞成共和。”于是议决：缓举临时大总统。——承认上海所举大元帅、副元帅。于《临时政府组织大纲》上：追加“临时大总统未举定以前，其职权由大元帅暂任之”一条。二十七日，黄兴辞职，推荐黎元洪为大元帅。公决“以黎为大元帅，黄为副元帅；由副元帅代行大元帅职权，组织临时政府。”又于《临时政府组织大纲》后，追加“大元帅不能在临时政府所在地时，以副元帅代行其职权”一项。先是袁世凯派唐绍仪为代表后，各省代表，亦议决以伍廷芳为民军代表。而以北方不认山、陕在停战范围之内，我军复电不认。旋商明，清廷对山、陕，民军对四川，各不增加兵力与军火。乃定议：从十月十九起，到十一月初五，停战十五日。以汉口为议和地点。而伍廷芳以在沪任外交代表，不能到汉。乃改以上海为议和地点。
十月二十七日，唐绍仪到上海。二十八日，开第一次会议。伍廷芳提议：“十九日停战后，湖北、山西、陕西、山东、安徽、江苏、奉天，均须一律停战，不得进攻。要电致袁内阁，得了确实的回复，方能开议。”唐绍仪答应了。十一月初一日，袁内阁回电到了。开第二次会议。展长停战期限七日（十一月初五到十二日）。伍廷芳提出：“必须承认共和，方可开议。”唐绍仪电达北京，请召集国会，议决国体。初九日，内阁奏请召集宗支王公开御前会议，对于国体问题，由民意决议的话，也承认了。初十日，开第三次会议。议定“开国民会议解决国体，从多数取决。决定之后，两方均须依从”。十一日，开第四次会议，议定“国民会议，以每省为一处，内外蒙古为一处，前后藏为一处；每处选代表三人组织之。——每人一票：傥某处代表到会的不满三人，仍有投三票之权”。十二日，开第五次会议。伍廷芳提出，“国民会议，以上海为开会之地；开会日期，定于十一月二十日”。唐允电达袁内阁。
初六日，孙文到上海。初十日，江苏、安徽、江西、浙江、福建、湖北、湖南、广东、广西、四川、云南、河南、山东、山西、陕西、奉天、直隶，十七省代表，开临时大总统选举会。孙文以十六票当选。这一天，是阳历十二月二十九日。于是通电各省，改用阳历。以十三日为中华民国元年一月一日。孙文即于此日就职。
于是唐绍仪以交涉失败，打电报到北京辞职。袁世凯打电报给伍廷芳，说：“唐代表权限所在，只以切实讨论为范围。”现在国民会议各条，“均未先与本大臣商明，遽行签定。其中实有……碍难实行各节。嗣后应商事件，即由本大臣与贵代表直接电商……”伍廷芳复电，说：“唐代表签定各约，不能因其辞职而有变动。而且往返电商不便，请清内阁总理，亲自到上海来面商。”袁世凯又打电报来，说：国体问题，“现正在商议正当办法，为什么南京忽然组织政府？设国会议决为君主立宪，该政府暨总统，是否立即取消？”
伍廷芳复电说：“这是民国内部的事情”，“若以此相诘，请还问清政府，国民会议未决以前，何以不即行消灭？……设国会议决为共和，清帝是否立即退位？”于是和议停顿，而北方将士，亦多倾向共和。段祺瑞等联电赞成共和；并说要带队入京，和各亲贵剖陈利害。
于是由袁世凯和民国商定了优待满、蒙、回、藏各族和清室的条件。而清帝于二月十二日退位。
先是临时总统就职后，各省代表，又于正月初三日，选举临时副总统。黎元洪以十七票——全场一致当选。又修改《临时政府组织大纲》，原文第二十条：“临时政府成立后，六个月以内，由临时大总统召集国民议会。召集方法，由参议院议决之。”这时候，于“国民议会”之下，加入“制定民国宪法”六个宇。从临时政府成立后，各省代表会，就依《临时政府组织大纲》，代行参议院职权。旋各省所派参议员，陆续都到。于正月二十八日，开参议院成立大会，《临时政府组织大纲》第二十条：“临时政府成立后，六个月以内，由临时大总统召集国民议会。”这时候，因为来不及，乃将《临时政府组织大纲》修改，成为《临时约法》。由临时大总统，于三月十一日公布。第五十三条：“本约法施行后，限十个月内，由临时大总统召集国会，其国会组织及选举法，由参议院定之。”第五十四条：“中华民国之宪法，由国会制定。宪法未施行以前，本约法之效力，与宪法等。”
当清帝尚未退位时，孙文曾提出最后协议条件，由伍代表转告袁世凯。其中重要的三条是：（一）袁世凯须宣布政见，绝对赞同共和。（二）孙文辞职。（三）由参议院举袁为临时大总统。而清帝《退位诏》中，又有“……即由袁世凯以全权组织临时共和政府，与民军协商统一办法……”的话。清帝既退位，袁世凯电告临时政府，绝对赞成共和。于是十三日，孙文向参议院辞职，并荐举袁世凯。十四日，参议院以二十票对八票，议决临时政府，移设北京。十五日，开临时大总统选举会，袁世凯以十七票——全体一致当选。黎元洪亦辞副总统职。二十日开会选举，黎仍以十七票全场一致当选。便是十五日这一天，参议院覆议临时政府地点，忽又以十九票对七票，可决仍设南京。于是派蔡元培汪兆铭到北京，欢迎袁世凯来就任。二十九日夜，北京兵变。三月初一日，天津、保定又兵变。初六日，参议院就议决，许袁在北京就职。袁命唐绍仪到南京组织新内阁，接收交代事宜。孙文遂于四月初一日去职。初五日，参议院亦议决移设北京。
南京临时政府阁员
陆军总长黄兴
海军总长黄钟英
外交总长王宠惠