帝国主义列强允许慈禧太后从西安回銮，在北京重建统治，慈禧因而对帝国主义感恩戴德，往往唯命是从。“量中华之物力，结与国之欢心”，成为当时清政府重要的对外政策。列强要求清政府调整机构、政策，进一步实现政权的买办化。慈禧也就打出了不久以前还在拼命反对的“新政”“变法”的招牌，以此酬答列强的要求，消弭正在兴起的革命浪潮。光绪二十七年（1901）成立督办政务处，以筹划和推行“新政”。刘坤一、张之洞、袁世凯等纷纷上书，献计献策。
新政涉及各个方面，在政府机构上，按《辛丑条约》的规定，将总理各国事务衙门改为外务部，“班列六部之前”。裁撤一些冗闲重复的机构，增设商部、巡警部及财政处、学务处。光绪三十二年进一步改变从前部院衙门的结构，以外务部、民政部、度支部、学部、陆军部、法部、农工商部、邮传部取代从前的六部。军事上，决定编练新军，设立练兵处，计划编练全国常备军三十六镇。实际上到清朝灭亡时共练成新军十四镇，十八个混成协及禁卫军一镇，约十六万人。经济上，振兴商务，奖励实业，拟订商律，设立商会，保护资产阶级和华侨资本家。颁布矿务、铁路、公司、银行等各种章程，又统一度量衡，成立大清银行，改革币制，废除银两，确定以银元为货币单位。在文化教育上，将各省书院改为大、中、小学堂，颁布学堂章程，规定学制。光绪三十一年废止了延续一千多年的科举制，一切士子均由学堂出身。社会各个阶级阶层办学的积极性很高，学堂的建立犹如雨后春笋，出国留学受到资助、鼓励，并给予进士、举人出身。在法律方面，仿效西方国家的法制，编订新法典和单行法规，删除凌迟、枭首、缘坐、刺字等酷刑峻法。
清末清军新军士兵
新军是清朝末年编练的新式陆军。军官多由学习军事的留学生和国内各武备学堂的毕业生担任，士兵则采取招募制，选拔标准比较严格，对年龄、体格和文化程度等都有明确规定。清朝政府编练新军是对中国军制是一重大革新。后来新军在革命党人的影响下，大量走向革命，成为清王朝的掘墓人。
清光绪三十三年（1907）大清银行兑换券
在这些“新政”中，清政府最重视的是练兵筹饷，以增加收入，巩固统治，其他方面多属表面文章。尽管这样，政治、经济、军事、教育等方面的变革，毕竟为长期停滞的社会机制带来了一些活力，扩大了带资本主义性质的新生力量，加强了新势力对旧势力的冲击，实际上为反对和颠覆清朝统治作了准备。
在办理“新政”中，袁世凯的北洋集团乘机崛起，形成了近代军阀势力。袁在小站练兵，采用德国的操练方法，聘用德国教官，全军训练严格，装备精良，为中国陆军近代化的开端。李鸿章死后，袁世凯继任直隶总督、北洋大臣，受命办理练兵、外交、铁路、商务等，权倾朝野。他在原有军队的基础上，练成北洋新军六镇，号称劲旅。其军官都经过陆军学堂的训练，但军内保持淮军“兵为将有”的传统，重要将领段祺瑞、冯国璋、王士珍、曹锟、张勋都是袁的心腹。袁世凯还多方拉拢官僚、文士徐世昌、唐绍仪、赵秉钧、梁士诒等，向内政、外交、财政、实业、路矿等领域渗透，形成庞大的势力集团。北洋集团背后有帝国主义支持，军队、企业中聘用外国教官、顾问，袁本人和各国公使交往甚密，因此在帝国主义心目中，袁世凯是能够维持统治秩序的最有实力的人物。袁世凯又和庆亲王奕劻勾结，使用贿赂，赢得其支持。光绪三十四年（1908）光绪帝和慈禧太后死去，宣统帝（即溥仪）即位，醇亲王载沣摄政，袁世凯被罢黜家居，但他多年卵翼的北洋集团依然存在。武昌起义后，清朝幻想利用袁的实力镇压革命，不得不请袁出山，付以全权。袁世凯依靠北洋势力，投形势之机，代替了清政府，排斥了革命派，再次成为最有实权的人物。
在帝国主义、封建主义的压迫下，一部分最先进的爱国志士很早就走上了革命道路，其代表人物就是孙中山。
孙中山，广东香山人，出生于农民家庭。早年在美国檀香山（今美国火奴鲁鲁）学习，接受资产阶级教育，后回国行医，目睹政局日非，痛恨腐朽卖国的清政府，立志救国济民。光绪二十年（1894）他在檀香山成立了第一个资产阶级革命团体“兴中会”，提出了“驱除鞑虏，恢复中华，创立合众政府”的纲领。次年，他以香港为据点，筹划发动广州起义，因事机泄露而失败，被迫逃往国外。百日维新失败后，又在广东惠州发动起义。那次起义虽被镇压，但影响很大。
孙中山像
同盟会颁发的会员证书
光绪二十八年，留日学生集会纪念明朝灭亡二百四十二周年，上海出现爱国学社。翌年，因俄国不肯从东北撤兵，上海、北京的学生集会抗议。东京留学生尤为激昂，组织拒俄义勇队，回国请愿。上海和东京陆续创办许多报纸刊物，反对专制，批评时政，宣传革命。其中，革命青年邹容以通俗而犀利的文笔写《革命军》一书，揭露清朝的黑暗统治，热情呼唤“开创中华共和国”；章太炎（即章炳麟）在《苏报》上发表许多文章，尤以《驳康有为论革命书》影响为大，驳斥康对革命的诬蔑，揭露了他的保皇反动面目。还有陈天华写《警世钟》《猛回头》，指出清政府卖国的本质，号召人民起来反对清政府和外国侵略者。
在革命思想传播的基础上，出现了许多革命组织。孙中山领导的兴中会在海外有了进一步的发展，设立许多支部，出版许多报纸，并和康有为的保皇党进行论战。光绪二十九年（1903）湖南青年黄兴、陈天华、宋教仁等在长沙组织华兴会；次年，江浙知识分子蔡元培、章太炎、陶成章等组织光复会。这两个组织都联络会党，策划反清起义。后因起义失败，很多人跑到日本。还有湖北的青年组织“科学补习所”“日知会”，在当地新军中宣传革命。
光绪三十一年（1905），孙中山从欧洲到日本东京，与黄兴、宋教仁等创立中国同盟会。该会以“驱除鞑虏，恢复中华，建立民国，平均地权”十六字为纲领，推举孙中山为总理。总部设于东京，国内和海外设立分会和支部。一年后，会员已超过一万人，其中以知识分子占多数，也有下层的会党和海外华侨。中国同盟会的成立是资产阶级革命派成熟的标志。同盟会出版了自己的机关报《民报》，孙中山在民报发刊词中把十六字纲领阐发为“三民主义”，即民族主义、民权主义、民生主义。民族主义即是用暴力推翻清朝政府，避免列强的侵略和瓜分；民权主义即是废除专制帝制，建立共和政体；民生主义即是实行土地国有，以改良的方法解决土地问题，防止贫富悬殊。
资产阶级革命派以《民报》为阵地，和以《新民丛报》为阵地的保皇派进行了激烈的争辩。革命派以有力的论据、雄辩的逻辑、犀利的笔锋，阐明进行暴力革命的必要性，揭露清朝政府是民族压迫、专制横暴、反动卖国的政府，驳斥了种种保皇的谬论，为革命高潮的到来作了舆论准备。
同盟会成立后，把发动武装起义、推翻清朝政府放在首要的日程上。从光绪三十二年（1906）起，同盟会先后在各地发动了萍（乡）浏（阳）醴（陵）起义等一系列起义，还组织了多次暗杀清朝官吏的活动。但革命派领导的这些起义，规模较小，时间较短，计划不够周密，又有很多在沿边省区，缺乏接应，很快被清军镇压。但斗争连续不断，屡挫屡奋，锻炼了革命派的力量，表现了他们百折不挠的坚强意志。
和革命派发动武装起义同时，全国范围爆发了大规模的群众自发斗争。有反教会斗争，有反对苛捐杂税的斗争，还有抢米风潮。这些群众斗争缺乏组织、纲领，具有很大的自发性，但波及的地区普遍，发动的次数频繁，参加的群众广泛，使清朝统治的基础发生了动摇。
针对帝国主义疯狂掠夺在华的铁路修筑权和矿山开采权，中国人民展开了收回利权的爱国运动。美国合兴公司攫取粤汉路权之后，违约将股票转让给比利时银团。湖南、湖北、广东人民要求“废约自办”，声势浩大，迫使美国合兴公司作出让步，在勒索六百多万美元赎款后，同意废约。江浙人民则为收回苏杭甬路权，和英帝国主义进行斗争，自行集款筑路。清政府先是执意向英国借款修筑，遭到两省人民的坚决反对。后来怕激起“民变”，将英国借款移作别用，允许苏杭甬铁路归为商办。山西人民为了从英国福公司手中收回采矿权，经过反复谈判，在偿付赎款后收回了平定、孟县（今河南孟州）、潞安（治今山西长治）、泽州的煤铁开采权。在轰轰烈烈的收回利权运动中，还收回某些路矿的部分权益。如津浦铁路、广九铁路、沪宁铁路，以及安徽铜官山煤矿，浙江衢、严、温等处煤铁矿，山东中兴煤矿，四川江北厅煤铁矿，奉天锦西煤矿等。帝国主义尽管不甘心吐出既得利益，但面对声势浩大的群众运动，不得不稍稍改变策略，在勒索大量赎款以后，交回部分利权，以缓和反抗。收回利权运动是广大群众为保卫国家、民族的利益、主权而进行的爱国主义的斗争。
光绪三十一年（1905），由于美国国内歧视和虐待华侨、华工，广州、上海工商界集会抗议，通电全国，号召抵制美货。全国各城市纷纷响应，形成广泛的群众性的反美爱国运动，时间持续将近一年，给美帝国主义以重大的打击，使其对华贸易额明显下降。
在以上一系列运动中，工商界的资产阶级和立宪派起了较大作用。他们以指导者的姿态活跃在舞台上，反对帝国主义的侵略和清政府的丧权辱国，但当反动势力威胁利诱、施加压力时，他们又表现出软弱妥协的特点，中途退出运动，不能坚持到底。这一弱点也表现在立宪运动中。
20世纪初的经济发展、思想变化和革命风潮，从不同的方面促进了资产阶级的立宪运动。由于资本主义经济的初步发展，投资于工商业的资产阶级虽不愿和帝国主义、封建主义决裂，但又希望在清朝统治下能改善自己的地位和发展条件。他们看到英国、日本、德国的君主立宪政体，也想通过这条途径挤进政府，分享权力。立宪运动的主要倡导者是流亡海外的梁启超以及国内的张謇、杨度、熊希龄、汤化龙、汤寿潜等人。清朝权贵当然对立宪并无兴趣，但由于革命风潮的兴起，清廷也企图以立宪为诱饵，拉拢立宪派，瓦解革命派。光绪三十一年（1905），清廷派载泽等五大臣出洋考察宪政。翌年，颁布预备立宪的谕旨，在“大权统于朝廷，庶政公诸舆论”的口号下，拉开了立宪运动的帷幕，提出改革官制，清理财政，整饬武备，详订法律，广兴教育等，将行之数年未获成效的“新政”，权作预备立宪的内容。立宪派则兴高采烈，纷纷成立团体。康有为将保皇会改名为国民宪政会，梁启超在日本组织政闻社，江浙立宪派组织预备立宪公会，湖南组织宪政讲习会，湖北成立宪政筹备会，广东组织粤商自治会。各地立宪派积极活动，向清政府上书请愿，施加压力，要求召开国会。但清政府在宣布各省设立咨议局、北京设立资政院，作为国会的基础的同时，把召开国会的期限推迟到九年以后，并颁布《钦定宪法大纲》，规定皇帝具有至高无上的权力，不受议会的约束，臣民的权利极为微小。光绪三十四年（1908），光绪帝和慈禧太后死去，满族亲贵集团企图集中权力，排斥拥有实力的汉族大臣，将袁世凯以足疾为名开缺回籍。又训练禁卫军，成立军咨府，企图以皇室亲贵统揽全国兵权，各省督抚对此加以反对。统治阶级内部在立宪的招牌下各怀私念，争权夺利。清朝上层中的满族亲贵、汉族大臣、立宪派三种势力的裂痕日益扩大。
1905年12月，清政府出国考察宪政的“五大臣”及随员在罗马合影。
宣统元年（1909）以后，各省咨议局与北京资政院先后成立，并经常开会讨论，批评政治，弹劾官吏，提出议案，与清朝中央和地方政府发生摩擦。立宪派对清朝的拖宕延缓、独揽权力很不满意，先后发动三次请愿，要求速开国会，成立责任内阁。请愿的规模越来越大，情绪越来越激昂。有些地方督抚从抵制亲贵用事、维护自己权力出发，也参加了立宪运动。清政府不得已同意缩短预备立宪的期限，改为五年；并于宣统三年裁撤军机处等机构，组织以奕劻为总理大臣的新内阁。内阁成员大部分为满族亲贵，十三名阁员内汉族仅占四人，因此这个内阁被称为“皇族内阁”。立宪派企图和清政府分享权力的愿望化为泡影，汉大臣也受到排挤，这就促成了辛亥革命时统治阶级上层的离心离德，导致清王朝迅速土崩瓦解。
辛亥年，即宣统三年（1911），是社会矛盾长期积聚而达到总爆发的一年。八月，爆发了资产阶级民主主义革命。
黄花岗起义和保路运动
以孙中山为首的资产阶级革命派，计划在广州发动更大规模的起义。在条件尚不具备而事机又有泄漏的情况下，同盟会领导人黄兴决心迅速发动起义，冒险一击，时间定于宣统三年三月二十九（1911年4月27日）。届时黄兴仅率一百数十人发难，攻入两广总督督署，随后遇到大批清军的攻击。革命党人以寡敌众，许多人战死或被捕牺牲。其遗骨合葬于黄花岗，故这次起义称“黄花岗起义”。
黄花岗起义刚刚被镇压，湖南、湖北、广东、四川四省广大人民以及资产阶级、地方绅商，为反对清政府掠夺商民路权，擅自把粤汉、川汉路权拍卖给英美法德四国银行团，又掀起了保路风潮。四川保路运动发展尤其迅速，超出了立宪派“文明争路”的范围。成都和全省许多城镇一齐罢市，并提出不纳粮税、不认外债等。清政府决定武力镇压，派端方带兵入川。总督赵尔丰逮捕保路的领袖多人，并开枪击毙游行群众数十人。四川各地的同盟会员和哥老会员纷纷组织保路同志军，筹划起义，把合法的保路运动发展为反对清朝的武装斗争。各路同志军从四面八方围攻成都，声势浩大。清政府急忙从湖北调兵入川，湖北形势亦发生动荡。
四川保路运动为武汉革命党人发动起义创造了有利条件。武汉地区的文学社、共进会等团体，平日在新军中宣传革命、发展组织，因而在军队中有深厚的基础，许多士兵和下级军官参加革命组织。
武昌起义
宣统三年八月十九（1911年10月10日）夜间，驻在武昌城内外的新军发动起义，攻占总督衙门，清朝官吏遁逃。但当时革命派的重要领导人都不在武汉，起义士兵筹划组成湖北军政府时不懂得保持领导权的重要性，以为需要有名望、有地位的人出来组织政府。于是，清朝高级军官新军协统黎元洪被请出来当都督，立宪派汤化龙当了民政长。
武昌起义在全国范围内产生了巨大影响。首先是湖南和陕西分别发动起义，树起独立的旗帜。接着，各地革命党人纷纷组织会党、新军起来响应。在短短一个多月时间内，又有江西、山西、云南、浙江、江苏、贵州、安徽、广西、福建、广东、四川、山东等省和上海宣布独立。武昌的革命军与清军相持于汉口、汉阳，江浙的革命军打败清军、克复南京、组织北伐，一时革命风潮大盛，连清朝统治的腹心地区直隶，也发生了滦州（今河北滦县）的新军起义。
1911年武昌起义时，武昌城外革命军炮队隔江攻击敌军。
辛亥革命中，孙中山领导的同盟会是领导者和组织者，起义的普遍发动和迅速发展是同盟会长期宣传、组织、筹划的成果。会党和新军是主要的依靠力量。他们反对清朝的态度最坚决，斗争最勇敢。资产阶级立宪派本来并不赞成革命，但在争路、宪政问题上已和清政府产生严重裂痕，起义的普遍发动把他们推向了革命一边。他们的地位很有利，一方面既不是清朝的当权派，容易转身投向革命；另一方面，他们有声望，有产业，受到地方上的信任。所以，立宪派这时几乎全都放弃君主立宪的主张，赞成共和政体，并在新政权中占据了重要位置。甚至，有些旧官僚受到周围的压力，看到大势所趋，也不得不附和革命，这样就扩大了革命阵营的声势，使清朝政府陷入众叛亲离的不利处境。但立宪派和旧官僚投向革命，也带来了严重的后果。他们和革命派的思想和目标很不一致，在革命内部争夺权力，形成错综复杂的情况。有的省份，革命派发动起义，建立了革命政权，但立宪派和旧势力通过政变和武力手段，屠杀革命派和群众，篡夺了权力，如湖南、贵州。有的省份，革命派和立宪派并存，立宪派占了优势，以后两派都未能保持权力，一些掌握军队的实力派取而代之，如云南、浙江、四川。有的省份，经过各种势力的斗争，政权落在流氓、政客、军阀手中，如福建、山西。还有的省份，清朝旧官僚投机革命，宣布独立，摇身一变，成为新政权的首领，如江苏、广西、山东。经过一段实力的较量和形势的演变，掌握在革命派手中的尚有上海、广东、江西、安徽等地区。但革命派也在分化蜕变，有些人放弃了革命理想，向着官僚军阀势力靠拢。
武昌起义后，年底，孙中山从海外回国。各省代表齐集南京，推举孙中山为临时大总统，组织南京临时政府。翌年元旦（民国元年1月1日）孙中山宣誓就职，任命临时政府工作人员，颁布除旧布新的各项政令。不久又成立临时参议院，制定了《中华民国临时约法》。
清帝退位
武昌起义敲响了清王朝的丧钟。帝国主义迫于形势，打起了中立的幌子，催促清朝政府起用袁世凯。北洋军队的将领都是袁的心腹，要调动他们抗拒革命，非袁不可。清政府只好解散皇族内阁，请袁世凯出山，任命他为内阁总理大臣，向他交出军政大权。袁世凯以帝国主义为后盾，挟北洋军队的实力，一面利用革命声威，恫吓清政府，逼迫满族亲贵交出权力，一面又向革命派威胁利诱，施加压力，迫使就范。袁世凯指挥北洋军进攻武汉时，同盟会领袖黄兴率领革命军英勇抗击，但事权不一，力量悬殊，战斗失利。北洋军占领汉口、汉阳，炮轰武昌。经过帝国主义的撮合，袁世凯又和革命阵营试探和谈。早在孙中山回国以前，南北和谈已在上海进行，双方就停战、国体、召开国民会议等进行讨论。
南北和谈
民国初期南北政府举行的两次议和谈判。第一次：1911年12月至1912年2月，袁世凯在帝国主义列强支持下，胁迫南方革命政权进行的和平谈判。和谈结果以清帝溥仪宣告退位，孙中山辞去临时大总统职务，袁世凯当选为临时大总统告终。第二次：1919年2～5月北京政府与南方军政府间的和谈。1917年，北洋军阀废弃国会和临时约法，驱走总统黎元洪。孙中山在广州召开国会非常会议，揭起护法旗帜，并成立护法军政府，反对北洋军阀政府，形成南北对峙的局面。次年5月桂系军阀排挤孙中山控制了南方政府。南北双方同意停战并进行谈判。但为划分地盘、争夺权力无法达成一致，到五四运动发生后，南北和谈以毫无结果而破裂。
帝国主义支持袁世凯，压迫革命派妥协。立宪派和有的同盟会员也向袁世凯靠拢，表示如果清帝退位，将拥护袁出任第一任大总统。孙中山回国后，虽然反对妥协，积极主张北伐，组织了各路北伐军，但各军未经训练，编制互异，指挥不灵，遭到各方面反对和掣肘。帝国主义拒绝承认南京临时革命政府，扣留海关税收；各省军政府新建，供应浩繁，革命政权因此陷入严重的财政危机。立宪派和一部分同盟会员则指责非难孙中山等的革命主张，致使北伐无法进行。孙中山面对革命阵营的涣散状态和南北议和的既成事实，也无能为力，只得同意让步。他表示如果清帝退位，宣布共和，自己即辞去职务，可另选袁世凯为正式大总统。袁世凯在得到革命派出让政权的确切保证后，便向隆裕太后上奏，声称自己的北洋军队已无力镇压革命，保卫京畿，请召开皇族亲贵会议，速定方针。他自己则不再入朝，只派心腹催迫清帝退位，隆裕太后召开多次御前会议，争论激烈。一部分满族亲贵态度顽固，反对退位，组成宗社党，指责袁世凯“蔑视纲常”“居心更不可问”，主张和南方革命军决战。袁世凯唆使段祺瑞等数十名前线北洋将领致电清政府，要求实行共和政体，斥责皇族亲贵“败坏大局”。各地官吏迎合袁的意图，纷纷电奏，主张共和。宗社党本无实力，其首领良弼此时被革命党人彭家珍炸死，亲贵们吓得纷纷逃到天津租界和大连、青岛。民国元年二月十二日，隆裕太后带着宣统小皇帝举行清王朝最后一次朝见仪式，接受优待皇室的条件，发布退位诏。统治中国二百六十八年的清王朝宣告灭亡。