面对袁世凯势力以武力逼迫南京临时政府就范的企图，孙中山进行坚决回击。
1912年1月11日，孙中山宣布督师北伐。长江流域一时间战云密布。为维护在长江流域的经济利益，各国驻华公使向南京临时政府施加压力，他们拒绝承认南京临时政府的合法地位，声称必须由袁世凯"统一"南北，还出动军舰在长江上示威，劫掠中国海关税收，以加剧南京临时政府的财政困难。
南京临时政府内部也矛盾重重，致使孙中山的北伐无法进行。以北洋新军为主体的清军在对武昌的进攻中所表现出来的军事能力，大大震惊了革命党人和立宪派人物。
他们对如何抗击袁世凯缺乏必要的信心，许多人表示出与袁氏谈判的浓厚兴趣；另一些人则希望利用袁世凯手中的军队胁迫清帝退位，从而达到兵不血刃地彻底推翻清朝统治的目的，黄兴、宋教仁亦持此主张。孙中山只好让步，答应只要袁世凯迫清帝退位，赞成共和，他"即可正式宣布解职”。
袁世凯得到孙中山承诺后，即于1912年1月16日召见听政的隆裕太后。在太后面前，袁泪流满面，长跪不起，以全体国务员名义密奏太后："海军尽叛，天险已无"，仅靠北洋六镇无力防卫京师；"虽效周室之播迁，已无相容之地"；此时，唯有皇帝自行退位，实行共和，换取优待条件外别无出路。
袁世凯态度的突变，清廷没有丝毫准备，皇族宗亲们争吵不休，隆裕太后左右为难，无法决断。
袁世凯见此状，便授意段祺瑞等50余将领于1月26日从前线发回电报，强烈要求清帝"退位"。隆裕太后闻报，顿失主张，只好哭着要求袁世凯务必保全其母子性命。此时，顽固保皇的良弼也被革命党人炸死，皇室大臣见大势已去，纷纷出逃到天津、青岛或旅顺的外国租界。
1912年2月12日，隆裕太后带着六岁小皇帝溥仪，在养心殿举行最后一次朝觐仪式。袁世凯只派外交大臣胡惟德代其率领内阁成员参加朝觐仪式。面容凄楚的隆裕太后将《清帝退位诏书》交予胡惟德，让他布告全国。清帝国时授权袁世凯全权组织共和政府。
至此，统治中国长达268年之久的清王朝宣告结束。清帝退位后，仍住清宫，受外国君主之礼，北京政府年给400万元费用。
迫使清帝退位后，袁世凯成为当时万众瞩目的人物，孙中山只得将临时大总统之位让予他。富于政治经验的袁世凯深知，一旦离开根基所在的北京，到南京就职临时大总统，就会使自己成为无水之鱼。为牢固控制中央权力，袁世凯开始布置在北京而不是在南京建立中央政府的行动。
2月13日，即清帝退位翌日，袁世凯先后发布关于组织临时共和政府的布告、致各督抚及军队等电报，声称自己拥护民主共和国体但无力承此大任以获得更多人的支持。同日，孙中山即按照南北议和条款和其诺言正式向参议院提出"辞职引退"，向参议院推荐袁世凯继任临时大总统。
同时，孙中山拟出了袁世凯就职的三个条件：临时政府定于南京不能更改；新总统在南京就职后孙再卸任；新总统必须遵守“颁布之一切法制章程”。2月14日，参议院造举袁世凯为临时大总统，随后选举黎元洪为副总统。
2月15日，南京临时参议院举行选举，袁世凯以17票全票当选为临时大总统；接着，黎元洪被选为临时副总统。当日，孙中山即致电袁世凯："今所急要者，但以新国民暂时中央机关之所在，系乎中外之具瞻，勿任天下怀庙宫未改之嫌，而使官僚有城社尚存之感"，建议定都南京。
袁不断地高调表态其拥护民主共和和以国家利益为重的愿望，同时致电孙中山，陈述北方意见分歧，皇族势力较大；列强对政治中心南移深表忧虑；外蒙各盟，时有警报，一旦他离去，极有可能发生变乱；后又将所谓"北方危险情形，暨南去为难各节，详细电达"南京，执意不去南京就职。
2月18日，南京临时政府决定以教育总长蔡元培为欢迎专使，偕同宋教仁、汪精卫等九名欢迎员北上，"专迎大驾"南下就职。
27日，蔡元培等一行抵达北京。袁世凯隆重迎接欢迎专使，慨然应诺南下，甚至与蔡元培共同制定了经由武汉的南下路线。
29日夜，北洋兵一部突然发动“兵变”，“兵变”士兵闯入蔡元培等人住所，把行李文件掠夺一空。此后，天津、保定的北洋驻军也相继"哗变"。列强以保护侨民为名纷纷调兵入京。3月6日，蔡元培等人致电临时参议院称，袁世凯此时确无法南下，希望参议院重新考虑此事。当天，参议院议决袁世凯在北京就职，并决定六条具体办法。
3月10日，袁世凯在北京正式就任临时大总统。为削弱袁世凯的权力，在孙中山等人提议下，参议院于3月11日正式公布《中华民国临时约法》。
《临时约法》共分7章、56条，在规定了"中华民国之主权，属于国民全体"和人民应该享有的诸种权利后，明确规定了资产阶级共和国的国家制度，肯定了三权分立的原则。
在政治体制上，从《组织大纲》规定的总统集权制变为内阁负责制，希望以扩大总理职权、缩小总统权力的办法来防止袁世凯擅权。此外，在参议院条例中，对总统存在谋叛行为和否决参议院议案也有所制约。
4月1日，孙中山至临时参议院行解职礼，发表演讲并将临时大总统印信交予参议院。5日，临时参议院宣布北迁北京。