1911年10月10日（宣统三年八月十九日）武昌起义后，全国各地的革命党人纷起响应，浙江的光复会和同盟会会员，奔走联络，密谋起义。

自1904年光复会成立后，领导人和活动家陶成章、魏兰、敖嘉熊、徐锡麟、秋瑾、龚宝铨等，为发展革命力量，与以王金宝、吴应龙为首的处州双龙会，以沈荣卿、张恭、周华昌为首的金华龙华会，以竺绍康、王金发为首的嵊县平阳党和以王锡彤为首的宁海伏虎会都建立了联系。为发展革命的武装，光复会在清政府的新军中发展革命力量。新军士兵多为知识分子和破产的农民、手工业者，而军官多是国内各武备学堂毕业生，也有从日本的军事学校留学回国的青年，有不少人都受过革命思想的影响，对清朝的腐败不满，是革命党人争取的对象。当时清政府在浙江的新军二十一镇，辖第四十一协、第四十二协及辎重营、工程营、炮队营及马队等，除四十二协驻宁波外，其余均驻在杭州。光复会领袖秋瑾等人在驻杭新军及浙江武备学堂、弁目学堂里宣传革命，吸收了吕公望、朱瑞、周凤岐、周亚卫、叶颂青等几十人加入光复会，革命力量在驻杭新军中得到很大发展。大约从1909年起，浙江军界中的光复会员和同盟会员建立了以吕公望、朱瑞、顾乃斌、韩肇基、庄子盘、朱健哉等人为核心小组，领导开展革命工作。在武昌起义前夕，浙江革命势力已布满了全省。在驻杭的新军、宪兵队和巡抚卫队、巡防营中，已有许多中、下级军官是革命党人：

由于大批革命党人担任了中下级军职，所以当时驻杭新军基本上已为革命党人所控制，其力量已超过了清政府控制的巡防营和旗营的几千兵力。

武昌起义后，上海同盟会负责人陈其美不断派人或亲自来杭州，敦促杭州在东南首先举义，先占杭州为根据地，再集中力量光复上海，进军金陵(南京)，并同意给杭州革命党人以武器和经费的支援。杭州革命党人也多次密议起义计划。

11月3日上海光复，消息在当晚就传到了杭州。4日下午尹维峻率敢死队从上海到杭州，立即与杭州革命党人褚辅成、朱瑞、周承菼、顾乃斌、俞炜、童保暄、葛敬恩、傅其永、徐士镳、吴思豫、王桂林、韩肇基、裘绍、周亚卫等在顾乃斌家召开紧急会议，决定当晚起义，以抚署为主攻目标，布置了各路进攻任务，最后议定于次日（11月5日）凌晨2时正式起义，在城站建立了临时总司令部，由童保暄任临时司令、葛敬恩、黄元秀等人担任参谋；由褚辅成联络咨议局的陈时夏、沈钧儒、张传保负责政治组织方面的筹备工作，并推葛敬恩草拟浙江光复的通电、布告等；敢死队员分作两支，分别由王金发、张伯岐率领。起义的具体行动计划是：

以上各部队均须按照预定计划，于4日夜12时前，每人发给长1.4尺宽5寸的白布一条，缠于左臂；士兵的刺刀一律开口，并发给子弹两排；官长指挥刀开口。各部队须一律准时到达目的地，同时发动进攻。当夜的口令为“独立”二字。

11月5日（旧历九月十五日）凌晨2时，各支起义部队按计划准时行动。工程营立即分兵打开了艮山、清泰两城门，八十一标等部队随即入城，并立即占领电话局，割断城内各主要电话线路，使清政府无法迅速调集兵力顽抗。八十一标入城后，俞炜率第三营，并得到王金发的敢死队和陆军小学一部分学生的协助，向军械局攻击，与守备队发生冲突。不久，守备队管带吴秉森在内响应，停火，起义军即占领军械局，取出一批枪炮弹药补充各队。朱瑞率八十一标第一、二营按时到达涌金门至钱塘门一带旗营城外，包围了旗营，与旗营对峙。宪兵军官童保暄、傅其永等会同工程营三排，打开了候潮门，八十二标随即入城；陆军小学一百多学员，在队长周亚卫指挥下，占领了城站；炮队入城后，迅速占领城隍山高地，架起大炮，对准旗营。八十二标入城后，由周承菼率领包围了浙江巡抚署，以弁目连为先锋，在张伯岐、董梦蛟、蒋介石及尹维峻、尹锐志等敢死队员的配合下，向抚署发动进攻，尹锐志、尹维峻姊妹带领敢死队员冲在最前面，尹维峻向抚署投出了第一颗炸弹。炸弹一响，起义部队向抚署正门猛攻，鼓噪前进，排枪、手枪及炸弹同时并发，巡抚卫队稍作抵抗即向后撤退。此时，由顾乃斌率领的八十二标第三营已到达抚署左右两侧，徐卓率领的第二营也已到达抚署后门，全署已处在民军的包围中。守卫部队见大势已去，即停火倒戈，民军很快就占领了巡抚署。倏时抚署火起，烈焰冲霄，火至5日晨6时始熄，全署成为一片焦土，这座清王朝在浙江的最高统治机构一夜间化为乌有。浙江巡抚增韫，在起义军进攻抚署时，即改容易服扶老母向署后土山奔避，潜出后门，途中被民军全部抓获，交二营排长盛锡麟押送至福建会馆(在羊市街)内看管，以后转解至陆军小学内。未几，督练公所(训练新军的机构)总参议袁思永、织造联荣也为民军逮捕。清军二十一镇统制萧星垣、二十一镇四十一协协统蔡成勋及司道各官均连夜遁逃。

5日拂晓，全城大街小巷遍贴“临时都督”童保暄的安民告示：

全城各户遍悬白旗，居民欢腾，袖缠白布，表示河山光复。城内平静如常，惟店铺未敢开门。经过不到一昼夜的战斗，杭州光复了。是日，民军领袖在总司令部召开军政紧急会议，决定推选汤寿潜为浙江都督，八十二标标统周承菼为浙军总司令，褚辅成为民政长，同时组织浙江都督府。沈钧儒乡望素孚，众议举为杭州知府。

当时，清旗营尚在民军的包围中，各营门紧闭，负隅坚守对峙。民军总司令周承菼为顾全杭垣人民免遭战火，糜烂地方；又不愿屠杀旗人，先后派朱瑞、吴思豫前去说降，均未成；又由前浙江巡抚增韫两次为民军函告旗营将军德济，劝其降顺，仍无效，竟开枪打死送信人。于是民军愤激异常，不得已，下了战令，迁避附近的汉人，四围开枪，并派炮队队官徐士镳、鲁保士在城隍山上对着将军署(今杭州市政府及人民大会堂地址)发炮轰击，旗人惊慌万状，八旗兵支撑不住。至下午，德济知大势已去，在旗营迎紫门上插出白旗，表示愿意投降。军政府派穆诗樵、杭辛斋入旗营与德济谈判，既而旗营举贵林为代表出营至都督府磋商和议。军政府保证全营官兵生命安全，旗营则须交出全营军械、马匹、印信、文件、官兵名册等，交总司令部验收；并约定：

6日晨7时，驻防营城门大开，全军纷纷缴械，缴出的枪炮刀械等在各营门口堆积如山。至此，杭州大局始定，全城商店照常开市。都督府发布告示：

杭州光复时，江苏的镇江、苏州的革命党人也发动起义，建立了军政府。新军第九镇徐昭桢等官兵在革命党人运动下，向清政府两江总督所在地江南重镇南京发动进攻，当时南京城内有张勋的江防军五十营及王有宏淮上军十营固守，屡攻不下，撤退至镇江，亟待援师，急电向上海、浙江求援。浙江都督府认为：攻宁胜败有关革命大局，为巩固和扩大胜利，必须尽力援助，以求必胜。

11月8日，浙江都督府召开军事会议，通过浙军攻宁案，从新军二十一镇中抽精锐编一个混成协，名为浙军攻宁支队。以朱瑞原步兵八十一标（约1400人）、八十二标第一营（管带徐则恂，约500人）、巡抚营第三营（统领陆殿魁，约840人）、炮兵营（管带张国威、队官姚永安，炮四尊，士兵100人）、工程营（管带来伟良、队官徐康圣，士兵120人）、辎重营（管带白钊、队官钱守真，士兵120人）、宪兵一队（队官吕庆麟）、卫生队以及由尹维峻、林宗雪等30人组成的女子先锋队组成，合计共3000多人。以朱瑞为支队长，吕公望为参谋长，司令部有：参军傅其永、裘绍、周元善；参谋处参谋童保暄、徐乐尧、葛敬恩、洪大钧；副官处长俞炜；军需处长张世桢；军法处长周季光；军械处长吴光润等。设上海兵站，屈映光任兵站司令。

11月12日（旧历九月二十二日），攻宁支队从杭州出发，乘火车到达上海。15日经苏州到镇江西郊。这时，李燮和的吴淞军政府派黎天才带领吴淞光复军600人也到达镇江，随后，由周厚德所率的敢死队和王文庆等人率领的新从浙江各地招募的900人，也先后开赴镇江；以陈其美为首的上海军政府，派出了由洪承点率领的沪军及敢死队开赴镇江；程德全的江苏军政府也从苏州派出了由刘之洁率领的苏军赴镇江。各路援军抵达镇江后，会合林述庆的镇军和徐绍桢的第九镇余部，共1万多人，组成江浙联军，推徐绍桢为总司令。这时，从湖北下驶的清军14艘舰艇恰好开到镇江，也立即宣布起义，参加江浙联军进攻南京的战役。