陜西光復(fù)后八天，10月29日山西也宣告獨(dú)立，成立革命軍政府，脫離清廷。
同盟會(huì)在東京成立后，山西留日學(xué)生有一百多人加入同盟會(huì)，組成山西支部。王用賓、景定成等人先后創(chuàng)辦《晉話報(bào)》、《晉陽(yáng)公報(bào)》,進(jìn)行革命宣傳，影響頗大。山西人民的革命意志日漸昂揚(yáng)，參加同盟會(huì)的人越來(lái)越多，革命力量迅速壯大。在山西編練新軍時(shí)，同盟會(huì)派了不少會(huì)員投入新軍，因而新軍成為革命的重要力量。
武昌起義成功，湖南、陜西同日響應(yīng)。山西巡撫陸鐘琦害怕波及山西，極為驚慌。他一面抽調(diào)舊軍巡防營(yíng)進(jìn)駐太原，警衛(wèi)撫署；一面又千方百計(jì)地企圖把駐扎在太原的新軍調(diào)走。太原新軍是新成立不久的第四十三混成協(xié)，共四千余人，協(xié)統(tǒng)是譚振德，下轄步兵兩個(gè)標(biāo)。八十六標(biāo)駐在城內(nèi)，標(biāo)統(tǒng)閻錫山是同盟會(huì)會(huì)員。八十五標(biāo)駐在城外，標(biāo)統(tǒng)黃國(guó)梁不是同盟會(huì)會(huì)員，但是該標(biāo)的同盟會(huì)員數(shù)量較多。陸鐘琦以防止陜西革命軍入晉為借口，調(diào)八十五標(biāo)去扼守河?xùn)|。黃國(guó)梁率領(lǐng)一、二兩營(yíng)不帶彈藥已經(jīng)出發(fā)。同盟會(huì)會(huì)員人數(shù)最多的第三營(yíng)，以沒(méi)有彈藥為理由，不肯出發(fā)。陸鐘琦不得已發(fā)給了一部分彈藥。三營(yíng)管帶姚以價(jià)雖非同盟會(huì)會(huì)員，但有革命思想，領(lǐng)到彈藥后的當(dāng)晚，就和同盟會(huì)會(huì)員楊彭齡、張煌、苗文華、于鳳山、劉得魁等人密議，決定第二天黎明起義，并推姚以價(jià)為總司令。起義軍分兵三支，埋伏于南門外，拂曉?shī)Z門而入，一支由姚以價(jià)率領(lǐng)進(jìn)攻巡撫衙門，一支由苗文華率領(lǐng)進(jìn)攻滿城，一支由崔正春率領(lǐng)進(jìn)攻軍裝局。同時(shí)，城內(nèi)陸軍小學(xué)堂學(xué)生及八十六標(biāo)的部分官兵也起而響應(yīng)。起義軍很快地攻占巡撫衙門，陸鐘琦、譚振德等被當(dāng)場(chǎng)擊斃。新軍炮營(yíng)把大炮架在城墻上，向滿城轟擊，只發(fā)幾炮，旗兵便豎起白旗投降，太原就告光復(fù)。
當(dāng)天，起義領(lǐng)導(dǎo)人和各界代表在諮議局集會(huì)，推舉都督。原諮議局議長(zhǎng)、立憲派首領(lǐng)梁善濟(jì)主持會(huì)議，開始公推督練公所總辦姚鴻發(fā)為都督，姚力辭不就，遂改推閻錫山為都督，陸軍小學(xué)堂監(jiān)督溫壽泉(同盟會(huì)員)為副都督，諮議局副議長(zhǎng)杜上化為總參議。設(shè)軍政府于諮議局。當(dāng)天出示安民，發(fā)布起義宣言和討滿檄文，均用中華民國(guó)黃帝紀(jì)元年號(hào)。
閻錫山(1883—1960),字百川，號(hào)龍池，山西五臺(tái)人，日本士官學(xué)校畢業(yè)，留日期間加入同盟會(huì)，并介紹趙戴文、康佩珩、趙成三、徐翰文等加盟。回國(guó)后，歷任山西陸軍小學(xué)堂教官、監(jiān)督、八十六標(biāo)標(biāo)統(tǒng)等軍職。武昌起義后，他曾與趙戴文、張瑜、喬煦等密謀響應(yīng)。張、喬都是同盟會(huì)員，分別擔(dān)任八十六標(biāo)一、三營(yíng)管帶。但是，閻一直沒(méi)有下決心發(fā)動(dòng)，及至姚以價(jià)率領(lǐng)起義軍攻入城內(nèi)，他才命令所轄各營(yíng)以保護(hù)為名，分別開向撫署、藩庫(kù)及軍裝局，并派兵防堵駐城內(nèi)的巡防營(yíng)。他出任都督得到新軍的支持和擁護(hù)，因此地位一直比較穩(wěn)固。
姚以價(jià)由于發(fā)動(dòng)起義有功，被派為陸軍總司令，率兵三營(yíng)進(jìn)駐娘子關(guān)，以防清軍進(jìn)攻。
清廷得到陸鐘琦被殺的報(bào)告，就派第六鎮(zhèn)統(tǒng)制吳祿貞署理山西巡撫。吳是同盟會(huì)員，當(dāng)時(shí)他曾企圖聯(lián)絡(luò)第二十鎮(zhèn)統(tǒng)制張紹曾率部夾攻北京。清廷已有所聞，派吳出任山西巡撫，企圖以此籠絡(luò)吳。吳祿貞在11月5日密約閻錫山、溫壽泉和姚以價(jià)等在娘子關(guān)會(huì)晤，議決成立燕晉聯(lián)軍，吳祿貞任大都督兼總司令，閻錫山、張紹曾任副都督兼副司令。但11月7日晚，吳祿貞在石家莊被袁世凱派人刺殺，燕晉聯(lián)軍的計(jì)劃也就沒(méi)有實(shí)現(xiàn)。
清廷又派張錫鑾為山西巡撫，派北洋軍第三鎮(zhèn)一協(xié)、巡防營(yíng)兩營(yíng)進(jìn)攻山西。姚以價(jià)率軍抵抗，在乏驢嶺一帶節(jié)節(jié)敗退。娘子關(guān)失守的消息傳到太原后，諮議局議長(zhǎng)梁善濟(jì)邀集立憲派士紳集會(huì)，準(zhǔn)備歡迎張錫鑾，閻錫山被迫于12月13日急忙離開太原，撤往晉北。接著，溫壽泉與景定成、王用賓等革命黨人一起也撤往河?xùn)|，并請(qǐng)求陜西革命軍支援。陜西革命黨人派陳樹藩部渡河入晉，攻占運(yùn)城，遂即成立了以溫壽泉為首的河?xùn)|軍政分府，張士秀為民政長(zhǎng)。
太原起義后，雁北各地人民紛紛響應(yīng)。同盟會(huì)員續(xù)桐溪(西峰)、弓富魁等在五臺(tái)縣東冶鎮(zhèn)起義，組成“忻、代、寧公團(tuán)”,續(xù)桐溪擔(dān)任團(tuán)長(zhǎng)，所部三千人，聲言出平型關(guān)，以奇兵攻北京，連克繁峙、應(yīng)州、懷仁，所過(guò)之處，勢(shì)如破竹，于12月5日抵大同。在此之前，大同已于11月30日光復(fù)。同盟會(huì)員李德懋、劉幹臣等早在1907年就在大同進(jìn)行革命宣傳活動(dòng)，1910年正式成立了支部。太原起義后，大同附近各州縣農(nóng)民紛紛揭竿而起，駐扎大同的清軍總兵王得勝派兵四出鎮(zhèn)壓。革命黨人劉幹臣、宋世杰、李國(guó)華等趁城內(nèi)空虛之際，于11月30日夜晚發(fā)動(dòng)起義，一舉占領(lǐng)全城，王得勝逃跑，城內(nèi)清軍步一旗在大勢(shì)所趨之下，全部加入起義軍。翌日，成立大同軍政府，推舉李德懋為都督，李國(guó)華、劉幹臣為副都督，宋世杰為虎賁將軍，統(tǒng)領(lǐng)全軍。軍政府成立后，即編練民軍，準(zhǔn)備防御清軍反攻，同時(shí)派人向忻代寧公團(tuán)和太原請(qǐng)求援助。以后不久，袁世凱派郭殿邦指揮毅軍和淮軍各一部圍攻大同，大同軍民在續(xù)桐溪的指揮下堅(jiān)守四十余日，最后與清軍議和撤出。
閻錫山從太原撤出后，經(jīng)忻州北上，集合朔方諸軍共計(jì)八千人由府谷渡河，穿過(guò)伊克昭盟準(zhǔn)格爾旗，于1912年1月13日到達(dá)包頭。前此，武昌起義的消息傳到塞北后，駐歸化城(今呼和浩特市)的巡防營(yíng)由管帶周維藩率領(lǐng)起事。其中曹富章等幾個(gè)頭目率兵二百余撤至包頭，包頭的同盟會(huì)員李士修等便與之聯(lián)系，想依靠這支隊(duì)伍宣布包頭獨(dú)立，響應(yīng)武昌起義，結(jié)果遭到官吏的鎮(zhèn)壓而失敗。閻錫山進(jìn)駐包頭后，便以“秦、晉、蜀北伐先鋒隊(duì)司令官”的名義布告安民，并分別任命蒙古族同盟會(huì)員云亨、經(jīng)權(quán)、安祥三人為綏遠(yuǎn)將軍、歸化城都統(tǒng)、歸綏道尹。一星期后，閻軍東進(jìn)，于21日進(jìn)入薩拉齊。原計(jì)劃進(jìn)攻歸化城，因南北議和，即南返太原。
南北議和時(shí)，袁世凱借口山西兵變，拒不承認(rèn)山西為起義省份。經(jīng)山西革命黨人致電南京臨時(shí)政府大總統(tǒng)孫中山力爭(zhēng)，孫中山當(dāng)即電袁：如不承認(rèn)山西為起義省份，和議破裂，在所不惜。袁被迫復(fù)電承認(rèn)。不久，北洋軍從山西撤退，閻錫山返回太原，繼續(xù)當(dāng)都督。溫壽泉因閻回省，遂宣布取消河?xùn)|軍政分府。從此山西全省統(tǒng)一。