1911年12月初，革命党人在湖北决定：只要袁世凯赞成共和，逼清帝退位，就可公举其为临时大总统。随后，又决定以南京为临时政府的所在地，并通过《临时政府组织大纲》（这年11月，已起义的苏浙联军攻取了南京）；接着，代表们齐聚南京，选举黎元洪为大元帅，黄兴为副元帅代行大总统职权，组织临时政府；不久，黄兴获悉孙中山即将归国，便决定推辞，等候孙中山归来。

当时，虽然许多革命党人反对议和，主张武力完成南北统一，但是他们的意见不占主导地位。1911年12月18日，各省军政府议和代表伍廷芳和袁世凯派出的议和全权大臣总代表唐绍仪在上海开始和谈，双方争论的焦点是“实行君主立宪还是民主共和”。此间，袁世凯两面三刀，一方面以倡言君主立宪要挟革命党，一面以革命党要求共和立宪来逼迫清政府；同时，英、美、俄、法、日、德六国驻上海总领事也同时向双方代表提出照会，要求他们尽快达成协议，停止冲突，这其实是在逼迫革命党向袁世凯妥协。

正当南北和谈之际，12月25日，孙中山回到上海，并以其崇高的威望被17省代表正式选举为临时大总统。1912年1月1日，孙中山在南京宣誓就任中华民国临时大总统，宣告中华民国临时政府成立。次日，孙中山通电，宣布中华民国改用公历，以1912年为民国元年；接着，黎元洪被各省代表选举为副总统，政府各部长也相继诞生，他们均为同盟会骨干，同盟会掌握了临时政府的实权；1月底，中华民国临时参议院成立，作为临时政府的立法机关，同盟会会员占据了绝大多数席位。

然而，孙中山的崇高威望始终还是敌不过袁世凯强大的军事实力。南北和谈期间，不光是列强的支持和袁世凯本身强大的军事力量在威胁着革命党，就连南方革命阵营内部也有立宪派不断向革命党施压，要求革命党人以“向袁世凯交权”为代价，促成共和。由于袁世凯当时拥有重兵，且有拥护共和的表示，因此总统“非袁莫属”几乎成了共识。几经周折后，1911年12月底，南北双方初步达成了“开国民会议，解决国体问题，从多数取决”的协议，实际上是想让袁世凯通过这种法律途径就任民国大总统。

迫于来自内外的压力，孙中山在当选中华民国临时大总统的当天便致电袁世凯，表明他组织的临时政府是“暂时承乏”，对袁世凯仍然“虚位以待”。但老奸巨滑的袁世凯是不可能轻易相信南方的承诺的，他对孙中山就任临时大总统十分不满，通电指责南方先组政府，选举总统，违背和谈协约；同时，袁世凯通知伍廷芳，说唐绍仪在签订协议之前并没与自己商量，因此已撤换唐，今后由他自己与伍廷芳电商交涉；另一方面，袁世凯指示冯国璋、段祺瑞等北洋军将领40余人联名通电，主张君主立宪，誓死反对共和，并声言要以“开战”来解决政体问题。

在袁世凯的军事压力和讹诈面前，孙中山曾组织过对北洋军的讨伐，但列强们却在这时跳了出来，表示只有由袁世凯统一南北，才肯承认中华民国政府，并从财政、军事、舆论上对南京临时政府施压。同时，南京临时政府中的立宪派、旧官僚也故意制造种种困难，胁迫孙中山妥协；革命党的一些主要领导人也发生动摇；独立各省则是拥兵自重，无意北伐。内外交迫下，孙中山再次表示：“如清帝实行退位，宣布共和，则临时政府决不食言，文即可正式宣布解职，以功以能，首推袁氏”。

在得到孙中山的保证后，袁世凯加紧了逼宫的步伐，他指使段祺瑞等北洋军将领50人联名致电清廷，要求“立定共和政体”，否则将带兵进京。同时，袁世凯还主张给退位后的清帝和皇室以特殊的优待。通过南北双方的多次磋商，清帝退位后的《清室优待条件》出台，根据条例，“大清皇帝辞位之后，尊号仍存不废”，每年给零花钱400万两，由民国政府承担，皇帝暂时还住在紫禁城，日后移居颐和园，侍卫人等照常留用，“其宗庙陵寝永远奉祀”，“其原有之私产，由中华民国特别保护”……

1912年2月12日，清廷宣布接受优待条件，隆裕太后带着六岁的宣统帝溥仪，在养心殿下诏宣布退位，从而结束了满清对中国中原地区268年的统治，296年国祚的大清王朝自此成为昨日黄花。更重要的是，清帝退位标志着自秦始皇以来，在中国绵延了2000多年的封建制度和封建社会从此结束。

2月13日，袁世凯通电南京临时政府，宣布赞成共和，“永不使君主政体再行于中国”；14日，孙中山向临时参议院提出辞职和推荐袁世凯的咨文；15日，临时参议院选举袁世凯为临时大总统，随后又选黎元洪为副总统。

孙中山辞去临时大总统职务时，为了防范袁世凯独裁，在致临时参议院的辞职咨文中提出了“临时政府设在南京”、“新总统必须到南京就任”和“遵守《临时约法》”三个条件，意在使袁世凯离开其势力中心北京，用《临时约法》加以约束，以削弱其势力。袁世凯当然是不肯离开老巢的，于是孙中山特派蔡元培等人为专使北上迎接。2月27日，蔡元培等人抵京。袁世凯表面上热烈欢迎，表示愿尽快南下就职，暗中却密令其嫡系部队在北京、保定、天津等地接连制造暴乱，甚至侵扰专使寓所，然后以此为理由，表示北方局势不稳，自己暂时不能南下。同时，列强也出面支持袁世凯，他们派出军队数百人在北京使馆区列队示威，还纷纷以护卫其安全为借口调兵进京，制造紧张局势。蔡元培被迫致电南京临时政府，提议取消要袁世凯南下的要求，让袁在北京就职，以电报的形式向南京临时参议院宣誓。3月10日，经南京临时参议院同意，袁世凯在北京宣誓就职。

在第一、第二个条件难以实施后，孙中山把希望寄托在了用约法限制袁世凯的权力上。3月11日，南京临时政府颁布了《中华民国临时约法》，这是一部具有资产阶级共和国宪法性质的文件，按照西方资产阶级的民主制度和立法、行政、司法三权分立的原则，规定立法权属于参议院，政府采取责任内阁制，内阁总理由议会的多数选举产生，总统行使职权，须有国务院副署，法官有独立审判的权利，同时还规定“中华民国之主权，属于国民全体”，人民享有人身、财产、言论、出版、集会、结社、通信、居住、信仰等自由，有请愿、诉讼、选举及被选举等权利。袁世凯虽表面宣称拥护《临时约法》，但同时也声称今后要对它进行修改，这为日后废弃《临时约法》埋下伏笔。

1912年3月13日，袁世凯提名唐绍仪为国务总理，组织新内阁。新内阁内政、陆军、海军、外交、交通等要害部门均由袁世凯的亲信和党羽掌握，农林、工商、司法、教育四个被称为“冷衙门”的部门分给了革命党人，立宪派则控制了财政部。4月1日，孙中山正式解除临时大总统职务；5日，临时参议院议决临时政府迁往北京。

自此，革命党人交出了政权，《临时约法》实际上成了一纸空文，已经根本无法限制袁世凯的独裁专制了。辛亥革命造就的中华民国虽然表面上完成了国家的统一，但实际权力却落到了北洋军阀的手中，中华民国历史进入了第一个阶段：北洋军阀统治时期，也称北洋政府时期。