陜西光復(fù)后八天，10月29日山西也宣告獨立，成立革命軍政府，脫離清廷。
同盟會在東京成立后，山西留日學生有一百多人加入同盟會，組成山西支部。王用賓、景定成等人先后創(chuàng)辦《晉話報》、《晉陽公報》,進行革命宣傳，影響頗大。山西人民的革命意志日漸昂揚，參加同盟會的人越來越多，革命力量迅速壯大。在山西編練新軍時，同盟會派了不少會員投入新軍，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)舊軍巡防營進駐太原，警衛(wèi)撫署；一面又千方百計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，下轄步兵兩個標。八十六標駐在城內(nèi)，標統(tǒng)閻錫山是同盟會會員。八十五標駐在城外，標統(tǒng)黃國梁不是同盟會會員，但是該標的同盟會員數(shù)量較多。陸鐘琦以防止陜西革命軍入晉為借口，調(diào)八十五標去扼守河東。黃國梁率領(lǐng)一、二兩營不帶彈藥已經(jīng)出發(fā)。同盟會會員人數(shù)最多的第三營，以沒有彈藥為理由，不肯出發(fā)。陸鐘琦不得已發(fā)給了一部分彈藥。三營管帶姚以價雖非同盟會會員，但有革命思想，領(lǐng)到彈藥后的當晚，就和同盟會會員楊彭齡、張煌、苗文華、于鳳山、劉得魁等人密議，決定第二天黎明起義，并推姚以價為總司令。起義軍分兵三支，埋伏于南門外，拂曉奪門而入，一支由姚以價率領(lǐng)進攻巡撫衙門，一支由苗文華率領(lǐng)進攻滿城，一支由崔正春率領(lǐng)進攻軍裝局。同時，城內(nèi)陸軍小學堂學生及八十六標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、譚振德等被當場擊斃。新軍炮營把大炮架在城墻上，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)。
當天，起義領(lǐng)導(dǎo)人和各界代表在諮議局集會，推舉都督。原諮議局議長、立憲派首領(lǐng)梁善濟主持會議，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，陸軍小學堂監(jiān)督溫壽泉(同盟會員)為副都督，諮議局副議長杜上化為總參議。設(shè)軍政府于諮議局。當天出示安民，發(fā)布起義宣言和討滿檄文，均用中華民國黃帝紀元年號。
閻錫山(1883—1960),字百川，號龍池，山西五臺人，日本士官學校畢業(yè)，留日期間加入同盟會，并介紹趙戴文、康佩珩、趙成三、徐翰文等加盟?；貒螅瑲v任山西陸軍小學堂教官、監(jiān)督、八十六標標統(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、喬都是同盟會員，分別擔任八十六標一、三營管帶。但是，閻一直沒有下決心發(fā)動，及至姚以價率領(lǐng)起義軍攻入城內(nèi)，他才命令所轄各營以保護為名，分別開向撫署、藩庫及軍裝局，并派兵防堵駐城內(nèi)的巡防營。他出任都督得到新軍的支持和擁護，因此地位一直比較穩(wěn)固。
姚以價由于發(fā)動起義有功，被派為陸軍總司令，率兵三營進駐娘子關(guān)，以防清軍進攻。
清廷得到陸鐘琦被殺的報告，就派第六鎮(zhèn)統(tǒng)制吳祿貞署理山西巡撫。吳是同盟會員，當時他曾企圖聯(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、溫壽泉和姚以價等在娘子關(guān)會晤，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)軍的計劃也就沒有實現(xiàn)。
清廷又派張錫鑾為山西巡撫，派北洋軍第三鎮(zhèn)一協(xié)、巡防營兩營進攻山西。姚以價率軍抵抗，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，諮議局議長梁善濟邀集立憲派士紳集會，準備歡迎張錫鑾，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東，并請求陜西革命軍支援。陜西革命黨人派陳樹藩部渡河入晉，攻占運城，遂即成立了以溫壽泉為首的河東軍政分府，張士秀為民政長。
太原起義后，雁北各地人民紛紛響應(yīng)。同盟會員續(xù)桐溪(西峰)、弓富魁等在五臺縣東冶鎮(zhèn)起義，組成“忻、代、寧公團”,續(xù)桐溪擔任團長，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，所過之處，勢如破竹，于12月5日抵大同。在此之前，大同已于11月30日光復(fù)。同盟會員李德懋、劉幹臣等早在1907年就在大同進行革命宣傳活動，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、李國華等趁城內(nèi)空虛之際，于11月30日夜晚發(fā)動起義，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，準備防御清軍反攻，同時派人向忻代寧公團和太原請求援助。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，集合朔方諸軍共計八千人由府谷渡河，穿過伊克昭盟準格爾旗，于1912年1月13日到達包頭。前此，武昌起義的消息傳到塞北后，駐歸化城(今呼和浩特市)的巡防營由管帶周維藩率領(lǐng)起事。其中曹富章等幾個頭目率兵二百余撤至包頭，包頭的同盟會員李士修等便與之聯(lián)系，想依靠這支隊伍宣布包頭獨立，響應(yīng)武昌起義，結(jié)果遭到官吏的鎮(zhèn)壓而失敗。閻錫山進駐包頭后，便以“秦、晉、蜀北伐先鋒隊司令官”的名義布告安民，并分別任命蒙古族同盟會員云亨、經(jīng)權(quán)、安祥三人為綏遠將軍、歸化城都統(tǒng)、歸綏道尹。一星期后，閻軍東進，于21日進入薩拉齊。原計劃進攻歸化城，因南北議和，即南返太原。
南北議和時，袁世凱借口山西兵變，拒不承認山西為起義省份。經(jīng)山西革命黨人致電南京臨時政府大總統(tǒng)孫中山力爭，孫中山當即電袁：如不承認山西為起義省份，和議破裂，在所不惜。袁被迫復(fù)電承認。不久，北洋軍從山西撤退，閻錫山返回太原，繼續(xù)當都督。溫壽泉因閻回省，遂宣布取消河東軍政分府。從此山西全省統(tǒng)一。