辛亥年十一月初二日，孙中山先生由欧洲返国抵香港，胡汉民、廖仲恺由广州赶至香港迎候。胡对于当时的革命形势自有一套看法，因此主张孙中山先生不要北上，留粤主持一切。他的理由是：
“当前的革命形势，满清垮台已无问题，可是袁世凯则是革命最大阻力。袁的问题不仅是他本人为一奸雄，加上他还有北洋系的四镇兵力，这四镇兵力无疑的乃是当前最富战斗力的部队，所以袁的势力至少可以达到武汉，甚至湖南，而广东对北洋军来说，因为距离较远，鞭长莫及，自可埋首建立一支反袁的革命部队。目前姚雨平已组成劲旅，不过人数不多，若有半年时间，简练民军，全力扩充，则五六万精兵不难组成，以此和袁一拼，才有必胜把握。所以先生目前以留粤为上策，因为现在赴上海，必被拥为总统，这个总统没有能战的兵卒，一定受制于袁，对革命事业是无补的。”
胡的意见很正确，可是孙中山先生却更有卓见，孙先生说：
“你只知其一，不知其二，我们革命不是靠坚甲利兵，如果我们不能登高一呼，身入虎穴，那么人民所仰望于革命志士的是什么呢？我们如果能以和平收革命全功，则是开世界革命的先河，何必先在家乡练兵。目前的形势是急需要一个革命政府以资号召，如能建立一个政府，则满清必然倾覆，袁世凯也不可能抗拒。我们是革命同志，应该示人以诚，信任别人，不宜先预防他人不服，而一意谋以武力取天下。”
胡汉民、廖仲恺都被孙中山先生伟大抱负和开诚胸襟所感动，胡表示愿随孙先生北上。这时追随孙先生同赴上海的还有吴敬恒、马君武、张继等。十一月初六日，孙中山先生一行抵达吴淞，上海方面革命党人陈其美、黄兴、汪兆铭等均在码头欢迎，大家相见狂喜，竟至拥抱跳跃。
孙中山先生抵沪后下榻爱俪园。初七日召集最高干部会议，出席的有：黄兴、胡汉民、汪兆铭、陈其美、宋教仁、张静江，居正、马君武等，会商组织临时政府方案，一致公举孙中山先生为中华民国临时大总统。宋教仁主张实行责任内阁制，孙先生认为责任内阁不是中国鼎革时所宜实行的制度，但宋坚持，孙中山先生终于勉强同意，并命宋和张继等磋商内阁总理人选。张继主张推宋教仁，宋坚决不肯接受，并提议推黄兴。黄初不肯接受，宋乃请居正、田桐、吕天民等再敦劝黄兴，黄最后才应允。但此拟案，必须交由南京的各省代表通过，因各省代表原已通过中华民国临时政府是总统制，而现在却要改为内阁总理制。
辛亥年十一月初八日黄兴、宋教仁专车赴南京，驻丁家花园，晚赴咨议局出席各省代表大会，讨论修改临时政府组织法。可是各省代表多不赞成内阁制，因此表决时还是通过总统制。
初十日17省革命代表开正式选举会，出席的17省代表名单为：奉天代表吴景濂，直隶代表谷钟秀，河南代表李搫，山东代表谢鸿焘，山西代表景耀月、李素、刘懋赏，陕西代表张蔚森、马步云，江苏代表袁希洛、陈陶怡，安徽代表许冠尧、王竹怀、赵斌，江西代表林子超、赵士北、王有兰、愈应麓、汤漪，浙江代表汤尔和、黄群、陈时夏、陈毅、屈映光，福建代表潘祖彝，广东代表王宠惠、惠宪甫，广西代表马君武、章勤士，湖南代表谭人凤、邹代蕃、廖名搢，湖北代表马伯援、王正廷、杨士杰、胡瑛、居正，四川代表萧湘、周代本，云南代表吕志伊、张一鹏、段宇清。由浙江代表汤尔和为议长，广东代表王宠惠为副议长，江苏代表袁希洛为书记。首由议长汤尔和宣布开会，并报告我国数千年专制政体已告结束，共和政体已经实现，大家热烈鼓掌。随后即进行选举，每省为一票，共17票，开票结果，孙中山先生以16票当选，另一票为黄兴。议长遂隆重宣布孙中山先生当选为中华民国首任临时大总统。大会同时通过，推举汤尔和、王宠惠至上海恭迎孙中山先生至南京就职。十二日开会，黄兴临时提议以中华民国为纪元，改用阳历，大会亦一致通过。散会后黄兴乃发两则电报，一致陈其美：“陈都督鉴：今日参议会决议改用阳历，并以中华民国纪元。明日为中华民国元年正月一日，请公布。”一致《民立报》于右任：“《民立报》于君右任鉴：今日由参议会决议，以明日为中华民国元年正月一日，孙大总统来宁发表临时政府之组织。”
同时发出通电：“本日在宁开临时大总统选举会，到会者十七省。孙中山先生当选为临时大总统，特此通告。”孙中山先生当选为临时大总统后，有电给武昌的黎元洪：“武昌举义，四海云从，列国舆论，歌诵民军，无微不至，而尤钦佩公之艰苦卓绝。文于中国革命，虽奔走有年，而此次实行，并无寸力，谬蒙各省代表举为总统，且感且愧，惟有勉为其难，以副诸公之盛意。武汉为全国之枢纽，公之责任维艰，伏维珍重。”黎亦有复电给孙中山先生：“顷接各省代表会蒸电称：临时大总统之任，先生当选，曷胜欣贺！先生识高千古，虑周全球，挽末世之颓风，复唐虞之盛治，使海内重睹汉官威仪，不独四万万同胞之福，即东西各国亦莫不景仰高风，为中华民国庆！专此电贺。中华民国万岁！中华民国大总统万岁！”
接着各省代表团也联名致电黎元洪：“各省代表会于元月二日决议，选举临时副总统，即于三日上午十时开选举临时副总统大会。我公当选。除通告全国外，并由本会特派员赍各省代表签名书敬呈钧鉴！兼表欢迎。”南京临时政府也致电黎元洪：“今日参议院选举副总统，经全数投票，举我公充任，共庆得人，谨为中华民国前途贺。”
辛亥年十一月十三日于是成为中华民国元年1月1日。孙中山先生就在这天率领汤、王两代表和美籍顾问荷马李于下午5时专车抵达南京，下榻于宝华盦。提起这个宝华盦倒是一个有名的地方，它是清两江总督招待外宾的宾馆，后来变成了西箭道参谋本部。
孙中山先生抵京后，有人问孙先生说：“您这次回国，带来了多少饷？多少枪炮？”孙先生笑着回答说：“我空着两手回来，可是我带回来国人最需要的东西，就是革命精神。”
民国元年元旦（以下本文全改用阳历）晚10时，孙中山先生就任临时大总统，宣告中华民国成立。临时大总统誓词曰：
“倾覆满洲专制政府，巩固中华民国，图谋民生幸福。此国民之公意，文实遵之，以忠于国。为众服务。至专制政府既倒，国内无变乱，民国卓立于世界，为列邦公认，斯时文当解临时大总统之职，谨以此誓于国民。”
临时大总统提出内阁名单，仿照美国政府制，不设总理，分作九部，由总统提出各部总长、次长名单如：
陆军部总长兼参谋总长：黄兴，次长：蒋作宾
海军部总长：黄钟瑛，次长：汤芗铭
司法部总长：伍廷芳，次长：吕志伊
财政部总长：陈锦涛，次长：王鸿猷
外交部总长：王宠惠，次长：魏宸组
内务部总长：程德全，次长：居正
教育部总长：蔡元培，次长：景耀月
实业部总长：张謇，次长：马君武
交通部总长：汤寿潜，次长：于右任
总统府秘书长：胡汉民
代表会对国务员名单亦小有修改，原来孙大总统是提名宋教仁长内政，章炳麟长教育，未获通过。
中华民国临时政府组成，名单公布，各部总长中仅陆军、外交、教育三部是同盟会会员，其余各部总长都是立宪派人士中同情革命者。不过次长几乎全是同志。政府虽告成立，实业部总长张謇、交通部总长汤寿潜均住上海，内务部总长程德全则卧病租界，财政部总长陈锦涛则在上海洽商借款，司法部总长伍廷芳更因在上海主持和议，不克返宁，所以这时的南京政府，实际负责的总长也只是三位革命党人，就是陆军部总长黄兴、外交部总长王宠惠、教育部总长蔡元培。其余五部部务均由次长代理。
临时政府经参议院通过后，孙大总统于1月5日举行各部委任礼，各部成立的日期则有参差。特表列如下：
机关名称 成立日期 地点
陆军部 一月九日 督练公所
海军部 一月十七日 水师学堂
外交部 一月十一日 原设总统府内，三月二日迁鼓楼前狮子桥
司法部 一月十二日 甲家巷
财政部 一月十七日 旧藩署
内政部 一月十七日 江南政务厅
教育部 一月十九日 交涉署（碑亭巷外务司）
实业部 一月二十三日 劝业道署
交通部 一月二十三日 粮道署
法制局 一月十五日 中协署（今肥侯府）
南京卫戍总督府 一月十四日
本来武昌方面和上海方面的革命同志意见就不太协和，事情肇因由于黄兴，黄兴自己已经竭力希望弥补这个裂痕，可是天下事往往是有了裂痕，只会扩大，很难弥缝。南京组府时，推举黎元洪为副总统，也是黄兴的建议，其目的即在调和武汉，不过武昌首义的志士甚多，仅让黎元洪一个人做副总统，在武昌方面看来是不公平的。当时黎元洪下面的革命同志中，最重要的有一位孙武，他对策划起义，贡献很大，起义前一天，孙武试验炸弹，不幸爆发被炸受伤，举义后孙武是军务部长，南京临时政府成立前，孙武由武昌到了上海，因为他和黎元洪接近，所以对黄兴很不好，由于和黄不睦，言谈之间，自然对上海方面的革命同志也不好。陈其美对孙武的印象便非常不佳。临时政府筹组时，孙武希望做陆军部次长，可是陆军部总长是黄兴，黄既然不欢喜孙武，自不会拉他作次长。于是孙武便被摈弃，就因此使得武汉和宁沪之间更形貌合神离。
当临时政府的人事尚在磋商时，有一天，于右任去找黄兴，恰巧这天胡汉民、宋教仁都在黄处，黄见到这位西北革命领袖、《民立报》的主持人，便笑着说：“你来得正好，我们正在谈组织政府的人选，你有什么意见？我们大家不妨交换一下。”于表示有一件事必须注意，就是在政府人选中，应该多容纳武昌首义的革命同志。不幸于的意见并未被黄完全采纳。当时孙中山先生甫由国外返国，对于组府人事黄兴意见最被尊重，黄认为已经公举黎为副总统，武昌方面应该满意了，所以各部次长多由海外归国同志出任。至于章炳麟（太炎），原本是提名他为教育部长，未被各省代表会同意，遂告落空。章是个学问家，但个性很怪，他参加革命一心想做一个国师，想象戏台上的诸葛亮或是刘伯温，不料南京临时政府组成后竟没有他的份，遂使他也站到武昌方面。由于武昌不满南京组府的人事，而浙江的陶成章也与武昌接近，因此浙江一部分革命同志亦倾向武昌，使宁汉之间的裂痕更加扩大。
同盟会在革命时期一直是个秘密组织，南京临时政府成立，才决定改为公开组织，以“巩固中华民国，实行民生主义”为宗旨，举孙中山先生为总理，黄兴、黎元孙为协理，宋教仁、胡汉民、马君武、刘揆一、平刚、张继、李肇甫、汪兆铭、居正、田桐为干事。实际责任由宋教仁负责。
辛亥革命前，革命志士的观念多是“排满”的狭义民族主义，所以革命成功后，部分革命党员以为目的已达，过去结合的因素消失，加上组府的人事问题，革命的其他意见，因此分化的作用便随之发生。章炳麟的光复会本是同盟会的一个支系，辛亥光复后，同盟会主急进，章派主缓进。南京政府成立后，章即脱离同盟会，民国元年1月3日先组织中华民国联合会。后来张謇一派的预备立宪公会因同以江浙人士为中心之故，遂与章之中华民国联合会合并，组成统一党，以注意民生采用社会政策、发展国民经济等十一项为政纲，由章炳麟、程德全、张謇、熊希龄为理事，汤寿潜、唐绍仪、汤化龙等为参事。另一方面孙武因不满黄兴，乃约湖北临时参议员刘成禺、张伯烈等组织民社，以拥黎为号召，主张“进步主义，以谋国利民”为宗旨，发起人有黎元洪、蓝天蔚、谭延闿、王正廷、王鸿猷、孙武、张振武、吴敬恒、刘成禺、宁调元、张伯烈、汪彭年等。这个民社可说是以湖北人为中心。
章炳麟有学问，古怪，是个大胆敢说的人，孙大总统对他很优容。在南京组府时，章有一信给孙大总统，请戒饬左右，孙中山先生以章素好诋诃，不以为意。章遂再上一书云：“……武昌倡义，曾不二月。南北肃清，首发难者不敢居功，而况吾侪鼓吹之士？……仆亦尝与人言，孙君今日莅中国而总群黎，非复曩日秘密结社时也，宜屏去幸人，委心耆秀，东西从者三数浮浪之人，一律资遣归国，无令杂处，然后搏精一志，劳来四民，南方虽弱，足勉自成就，尝传达其言于汪兆铭……箴规不听，不得不着之报章……仆虽浅拙，亦尝涉历世变，死生之分，一系于执事耳。”孙大总统对这位狂妄的国学大师不以为忤，还聘为总统府的枢密顾问，其聘函典雅可诵，有谓：“执事目空五蕴，心殚九流，撷百家之精英，为并世之仪表，敢奉国民景仰之诚，屈为枢密顾问。庶几顽懦闻风，英彦景附，昭大业于无穷，垂型范于九有。伫盼高风，无任响往，急惠轩车，以慰饥渴。”从这封聘函可以看出孙大总统的豁达大度，实在是一位伟大的开国领袖。
中华民国的临时参议院是在国民元年1月28日上午8时正式成立，议员到会的有17省38名议员。孙大总统致祝词，然后黄兴、蔡元培、居正、马君武相继演说。最后推选林森为议长，王正廷为副议长。
南京临时政府时期，孙中山先生和17省代表所组成的参议院之间，始终存在着相当的距离。
古老的中国，根本就没有国旗，及至西方列强侵入中国后，清朝才制定国旗，当时决定以“黄龙旗”作为大清帝国的国旗。龙是个抽象的东西，封建时代它代表皇帝，而黄色则是清朝的代表色，“朕即国家”，所以黄龙为清国旗是很合理的。可是龙只在中国有象征意义，对西方各国则毫无意义，外国人根本不知道这是个什么动物？加上早期的黄龙旗是三角形，三角形的国旗在世界国旗史中还没有，三角形旗上的动物又是大家从来未见过的动物，洋人不知龙为何物，只好叫它是一个“有爪之蛇”！
武昌起义时，革命军所用的旗帜是代表十八行省的“铁血十八星旗”；后来又改为代表汉（红色）、满（黄色）、蒙（蓝色）、回（白色）、藏（黑色）的五色旗代表五个民族。南京临时政府成立时，临时参议院议决，以五色旗为中华民国的正式国旗。孙大总统却坚决主张以青天白日旗为国旗，他提请参议院复议的咨文中曾列举如下的理由：
“贵院议决以五色旗为国旗，本总统认为未可遽付颁行。清国旧制，海军以五色为一二品大官之旗，今黜满清之国旗而用其官旗，未免失礼。五色旗用意为五大民族，然其分配代色，取义不确，如以黄代满之类。且既云五族平等，而上下排列仍有阶级。……天日之旗为汉族共和党（注：即同盟会的前身兴中会）人用之于南方起义者十余年，乙未年陈皓东身殉此旗。……青天白日取象宏美：中国为远东大国，日出东方，为恒星之最大者，且青天白日示光明正照，自由平等之义……”
临时参议院认为青天白日旗仅是同盟会一个党派所制定，不能代表全国，而五色旗已经为武昌革命军所采用，就具有极大的历史意义，因此该院仍然决定以五色旗为国旗，而将青天白日旗改为海军军旗，并将武昌革命军初期所用的十八星旗规定为陆军军旗。
兴中会早期曾用过红、蓝、白三色旗，红色象征“流血以求自由”，蓝色代表“公正平等的天空”，白色说明“人心皎洁而互爱”。三项意义表示“自由、平等、博爱”。这个三色旗不久即为青天白日旗所取代。