武昌帶給袁世凱的消息無疑是相當悅耳的。在清朝的內(nèi)閣總理和民國的“大統(tǒng)領”之間，他當然愿意選擇后者。但是，老奸巨猾的袁世凱懂得，為了使革命黨人就范，他還要給予更厲害一點的打擊。因此，他在進京之后，迅速布置馮國璋拿下漢陽。
當時袁世凱投入武漢的兵力有第四鎮(zhèn)全部，第二鎮(zhèn)和第六鎮(zhèn)各一個混成協(xié)，總共有三萬多人。在人數(shù)、武器和訓練上都還占著優(yōu)勢。但是在各地紛紛獨立，清王朝處于土崩瓦解的形勢下，清軍的士氣很低。由于革命軍已有了補充，又控制了江面，一切渡江船只都在武昌、漢陽方面，清軍要繼續(xù)進攻，也存在不少困難。漢口雖然失守，武漢保衛(wèi)戰(zhàn)的勝敗未定。由于漢陽地勢最高，龜山的炮火可以控制整個武漢，因此漢陽的得失是勝敗的一個關鍵。馮國璋在召集清軍將領開會時說：“今日之戰(zhàn)，則重在漢陽。漢陽之大別(即龜山)諸山，俯瞰武漢，如釜底一丸，下擲則全城瓦碎，不待攻而自破矣。為今之計，唯有先取漢陽，為攻心之上策?！?sup>[1]會后，他命令六鎮(zhèn)統(tǒng)制李純將所部分為兩隊，從側(cè)面進攻。甲隊由吳金彪率領，由孝感出發(fā)，自新溝渡過襄河；乙隊由馬繼增率領，由漢口大智門出發(fā)，自舵落口渡河。同時命王遇甲率隊由漢口直渡，從正面進攻。
在軍事上勢均力敵，各有優(yōu)劣的情況下，要奪取戰(zhàn)爭的勝利，就取決于集中統(tǒng)一的指揮和正確的戰(zhàn)略戰(zhàn)術。而這在當時卻成了革命軍方面的致命的弱點。黃興雖然當了戰(zhàn)時總司令，但是既然是黎元洪委任的，就得聽命于軍政府都督。軍政府孫武的軍務部和吳兆麟的參謀部，與黃興的漢陽司令部是平行的機構，意見不一致，就互相牽制。在部隊中，又有主軍與客軍的分歧。主軍很大部分是當?shù)貏傉心嫉男卤瑳]有經(jīng)過訓練，紀律也較差?？蛙娪小跋孳娚茟?zhàn)”的名聲，月餉卻比湖北軍低(后者已增為十元，前者是七元)。在客軍中也存在著矛盾。先到的第一協(xié)王隆中主張立即進攻漢口，后到的第二協(xié)甘興典不同意，并且說：“王部先期到鄂已經(jīng)休息多日，第二協(xié)剛到，須有充分休息，從容準備?！蓖跽f：“你是巡防軍，只能守城，不能打仗?！备收f：“你我在打仗的時候再見高低”,雙方爭論得很激烈^[2]。
當時最主要的分歧依舊是在進攻還是防守這個戰(zhàn)略問題上。孫武、吳兆麟、楊璽章等人認為，部隊中新兵太多、炮隊缺乏，不利于發(fā)動進攻，主張堅守漢陽。他們認為，兵力不應集中于漢陽一個地方，而應把大部分兵力放在漢陽北面六十里的蔡甸，因為那里是敵人從側(cè)面進攻漢陽的必經(jīng)之路。黃興則認為，敵人的主力已移向蔡甸方面，漢口兵力較單薄，正是出其不意、反攻漢口的大好時機，因此反對分散兵力，而要全力發(fā)動進攻。在矛盾未解決、意見不統(tǒng)一的情況下，黃興貿(mào)然決定反攻漢口。
11月16日夜十時，在鳳凰山、大別山炮隊的掩護下，革命軍在襄河的琴斷口架浮橋三座，以湖南第一協(xié)王隆中部為右翼進攻隊，湖南第二協(xié)甘興典部為左翼進攻隊，以湖北第五協(xié)熊秉坤部等為預備隊，相繼渡河向漢口玉帶門一帶進攻。同時，派四協(xié)張廷輔部和六協(xié)楊載雄部在南岸咀一帶渡河，進攻龍王廟，作為配合；派一支部隊由武昌青山潛渡劉家廟，襲擊清軍后路。最先渡河的湖南軍斗志昂揚，進攻勇猛。那天夜里，陰雨寒冷，清兵都躲在屋里烤火，到革命軍進入清軍防線才倉皇迎戰(zhàn)。革命軍乘勝推進，到第二天，前線已推進到居仁門歆生路一帶。但是，在左翼，后繼的湖北軍是沒有經(jīng)過訓練的新兵，一聽到清軍猛烈的機槍聲，就慌忙后退。黃興親自督戰(zhàn)，也無法阻擋。這就立即牽動了全局。湖南第二協(xié)甘興典部首先潰奔。士兵們爭渡琴斷口，許多人墮河溺死。而原來準備在南岸咀渡江的部隊，終因清軍機槍封鎖沒有渡成。潛渡劉家廟下游，抄襲敵后的計劃也告失敗。到17日下午，左翼已無一人。黃興看到左翼已潰，就下令右翼的王隆中部撤退。“然湖南兵憤恨湖北兵之無用，皆不肯輕退，直至午后，猶獨擋官軍，入夜，始漸用船渡過漢水，退回漢陽”^[3]。18日，漢口既濟水電公司總經(jīng)理宋煒臣給武昌軍政府的報告中，反映了當時作戰(zhàn)的情況：“清軍于昨日見民軍進攻極為勇敢，惶恐異常，業(yè)已預備火車，施行退卻，忽民軍自亂，向漢陽撤退，清軍亦不敢前進追擊，誠恐民軍行誘敵之法，后見民軍渡橋擁擠，并浮水而過，仍莫名其妙，于是逐漸前進，復占硚口、玉帶門一帶?！?sup>[4]
渡河反攻失敗，挫傷了士氣，又增加了總司令部與軍務部、參謀部和兩湖部隊之間的矛盾，革命軍方面的不利條件增多了。但是，這一期間，由于海軍起義并回駛武漢，革命軍方面的力量也有了部分增強。
在全國高漲的革命形勢影響下，進攻武漢的清艦隊的下級軍官和士兵都早就傾向革命。?；I號、海容號和海琛號的正電官何渭生、金琢章、張懌伯三人，編訂了英文密碼十二種，互通消息，準備待機發(fā)動。長江水位在夏歷八月以后，下降很快，三個海字號大兵艦不能在武漢久停。11月4日，上海宣布獨立。海軍的重要物資都在上海。因此海軍提督薩鎮(zhèn)冰就決定秘密率艦隊東下，以便海軍集中一隅，不使力量分散。途中，海琛號的見習士官陽明，把懸掛的龍旗撕下投入江中，而把秘密準備好的白旗掛了上去。這是事先得到艦長黃鐘英默許的。其他軍艦也都紛紛掛起了白旗。在艦上負責監(jiān)視的滿人嚇得不敢出面，海容號滿人幫帶吉升投江自殺。11日上午艦隊到達九江，薩鎮(zhèn)冰離艦去上海。艦隊迅速與湖北軍政府取得聯(lián)系并分為兩隊。由湯化龍的弟弟湯薌銘率領第二艦隊援鄂，其余組成第一艦隊，準備下攻南京。第二艦隊于19日駛回武漢，參加對清軍作戰(zhàn)，使革命軍完全掌握了對江面的控制，給了武漢軍民很大的鼓舞。
艱苦激烈的漢陽保衛(wèi)戰(zhàn)從21日開始。
11月17日，馮國璋向李純部下達了進攻命令。次日，清軍甲支隊吳金彪部進至新溝，陸續(xù)渡河。19日，抵達蔡甸。20日，清軍乙支隊馬繼增部占領舵落口。兩個支隊先后完成了從側(cè)面向漢陽發(fā)動進攻的準備。
21日，吳金彪部由蔡甸進抵三眼橋。這是通漢陽的門戶，由湖南第二協(xié)防守。黃興命新近組成的混成徒步一標祁國鈞部增援，同時派去了以金兆龍等為首的敢死隊和南京學生軍，布設了地雷，隔橋與清軍對峙。當日夜，為接應乙支隊馬繼增部渡河，吳金彪部分兵一營進攻襄河南岸的下黃金口。革命軍不支退卻，清軍取得了一塊橋頭陣地。
22日，清軍繼續(xù)猛攻三眼橋，被駐守橋側(cè)湯家山的革命軍炮火擊退。同日，清軍甲乙兩支隊在襄河南北兩岸的上黃金口和余牙墩之間造橋，準備強渡。當日夜，蔡濟民與革命軍敢死隊方興等在海軍起義艦隊護衛(wèi)下，從武昌青山偷渡，企圖突襲清軍后方，被發(fā)覺，半渡而返。
23日，清軍屢日攻三眼橋不下，就將進攻重點轉(zhuǎn)移到乙支隊方面。馬繼增部乘夜色渡過黃金口浮橋，于黎明時進攻美娘山(四平山第一山頭)。革命軍和清軍之間展開了反復的爭奪戰(zhàn)。祁國鈞率領壯士七十多名，冒著清軍機槍掃射，奮勇反攻，奪得清軍機槍兩挺，標旗一面^[5]。祁國鈞兩腿受十一處傷，堅持不退。湘軍四十九標二營管帶楊萬桂，率所部二十四人，沖上山頂，一度將占領山頭的清軍全部消滅，但因寡不敵眾，美娘山終于失去，革命軍退守仙女山。
24日，吳金彪部繼續(xù)列陣于三眼橋，牽制湯家山革命軍，借以掩護乙支隊進攻。張敬堯率軍攻占仙女山，革命軍退往鍋底山固守。下午，革命軍反攻失敗，鍋底山、扁擔山先后失守。
軍政府為了挽回漢陽的頹勢，決定派第三協(xié)協(xié)統(tǒng)成炳榮率步兵兩標和山炮一營，由海容、海琛兩軍艦掩護，在23日午夜由武昌青山渡江，在江北五通口登陸。24日九時乘霧進攻諶家磯附近的三道橋。這個計劃如果成功，可以割斷清軍的交通線，對清軍后方造成嚴重威脅。湯薌銘所率海軍炮火向清軍猛轟，毀火車五輛，美孚油棧起火，使清軍造成很大的混亂。馮國璋為此驚呼求救：“兵力漸薄，被匪抄我后路，雖分兵抵御，如無援軍速來，萬難久持?！?sup>[6]但是成炳榮徒以日本士官學校畢業(yè)生的資格取得協(xié)統(tǒng)的職務，實際上是個昏庸的酒徒。當晚他又喝醉了酒，沒有同部隊一道過江。部隊到達三道橋，受清軍炮火壓迫，前線指揮無人，又折回青山。二十五日，軍政府決定二次進攻。革命軍進到三道橋時，周圍水勢雖退，但泥淖仍深，沿橋長達一里的沙灘，徒涉十分艱難。橋頭上清軍早有準備，加強了機槍和山炮火力，革命軍幾次進攻，都遭到很大傷亡。三百多壯士奮勇攀橋梁以渡，還是被清軍機槍所阻，退到橋畔的葦叢中，相持了三個多小時。清軍以火車架機槍掃射，三百壯土全部壯烈犧牲。二次進攻也失敗了。
漢陽形勢危急，軍政府各機關人員都非常激憤，紛紛要求上前線殺敵。11月25日，參謀部副長楊璽章、稽查部長蔡漢卿、軍務部副長張振武率領學生軍數(shù)百人渡江助戰(zhàn)。從漢口轉(zhuǎn)移到武昌出版的《大漢報》主筆胡石庵也親到陣地探訪。參謀甘績熙帶病上陣，他披掛著書有“臨時督陣指揮官”七字的白色布帶，選壯士一百零八人，夜襲磨子山，一舉沖上山頂，殲滅了全部守敵^[7]。26日晨，又在湘軍統(tǒng)領劉玉堂等的支援下，攻占扁擔山。在前線探訪的胡石庵作《甘侯行》一首，歌頌其事。詩中寫道：“墨云壓天黑風吼，百八健兒銜枚走。雄師一奮萬怪逃，笑把芙蓉握兩手。”“人生百年一彈指，仗有浩氣亙山河?！?br>清軍用重炮轟擊磨子山、扁擔山，堅持在山頂?shù)膭⒂裉脡蚜覡奚?，兩山得而復失。進攻鍋底山的張振武也被清軍擊傷，失足掉在水里，被救起后退往十里鋪。
同日，清軍甲支隊突破三眼橋防線，奪取湯家山，并與乙支隊會合，進攻十里鋪。四鎮(zhèn)王遇甲部也渡過襄河，占領黑山。革命軍全線潰退。湖南第一協(xié)退至武昌，第二協(xié)退至鸚鵡洲。革命軍參謀部副長楊璽章陣亡。當夜，黃興悲憤地說：“漢陽失守，吾何顏見人，唯一死耳！”^[8]想以死殉職，在同志的力勸下退回武昌。
27日拂曉，清軍攻占梅子山。隨即分兵三路，一隊攻龜山，兩隊攻漢陽。上午十一點，占領龜山。當時，革命軍的精干已傷亡殆盡，沒有經(jīng)過訓練的新兵紛紛后退。從遠道前來的保定入伍生和留日學生高冠英等許多人組織敢死隊，投入戰(zhàn)斗。留日士官生蕭鐘英看到漢陽將要陷落，組織敢死隊渡江在漢陽鐵廠碼頭登岸，持槍殺敵，遭清軍猛烈掃射，全部英勇犧牲。下午，漢陽終告陷落。
據(jù)綜合戰(zhàn)報，漢陽之戰(zhàn)，革命軍前后共傷亡了三千三百多人。
在革命軍和漢陽人民乘船向武昌撤退時，清軍又向江中開炮。據(jù)當時報紙記載：“武昌城外，由江中撈出之死尸陳列堤上，不計其數(shù)。內(nèi)有未死而呻吟者，有婦人抱子，母死而子蘇，啜泣索乳者。血濺江邊，死者相枕藉。”^[9]形成了一幅慘絕人寰的畫面。
黃興撤離漢陽回到武昌，軍政府在27日召開緊急會議。黃興當時悲憤萬分，深以漢陽失守為愧，建議放棄武昌，順流而下進攻南京。黎元洪贊同黃興的意見。但多數(shù)革命黨人都強烈反對。范騰霄、張振武等慷慨陳詞，表示武昌是首義之地，決心要與城共存亡。張振武拔刀起立，大聲說：“敢言放棄武昌者斬！”^[10],全體掌聲如雷，一致決議堅守武昌。革命黨人雖敗不餒的精神，終于贏得了后來的勝利。

當晚，黃興乘輪離鄂。