面对袁世凯通过武力威胁南京临时政府屈服的企图，孙中山进行了坚决反击。 1912年1月11日，孙中山宣布发动北伐，试图以武力稳定局势。长江流域顿时风云变幻，各国驻华使节纷纷向南京临时政府施加压力，他们不仅拒绝承认南京临时政府的合法性，还主张由袁世凯统一南北。为此，列强甚至派遣军舰在长江上进行示威，抢掠中国海关的税收，以此加剧南京临时政府的财政困境。

与此同时，南京临时政府内部也矛盾重重，孙中山的北伐计划因此受阻。清军，尤其是以北洋新军为主力的清军，在对武昌的进攻中展现了强大的军事能力，这让革命党人和立宪派人士都感到震惊。许多人开始对如何抵抗袁世凯缺乏信心，有人提出与袁世凯进行谈判的建议，另一些人则希望通过利用袁世凯的军力迫使清帝退位，从而实现和平推翻清朝统治的目标。黄兴、宋教仁等人也持此主张。 面对这些压力，孙中山只能做出妥协，答应只要袁世凯能迫使清帝退位，并支持共和，他就同意正式宣布解职。

袁世凯在得到孙中山的承诺后，于1912年1月16日正式会见隆裕太后。在太后面前，袁世凯激动得泪流满面，长跪不起，以全体国务员名义密奏太后，称海军叛变，天险已无，并表示仅靠北洋六镇的力量，无法防守京师。他强调，清朝若不退位实行共和，就无法再继续存在。 袁世凯态度的突然转变让清廷措手不及，皇族之间争吵不断，隆裕太后左右为难，无法做出决断。见此情形，袁世凯决定向段祺瑞等50多位将领发出电报，要求他们强烈要求清帝退位。收到电报后，隆裕太后失去了主张，哭求袁世凯保全她和皇帝的性命。与此同时，顽固保皇派的良弼被革命党人炸死，皇宫内的大臣们也纷纷逃往天津、青岛和旅顺的外国租界。

1912年2月12日，隆裕太后带着年仅六岁的溥仪，在养心殿举行了最后一次朝觐仪式。袁世凯派外交大臣胡惟德代表他出席了仪式，面容哀伤的隆裕太后将《清帝退位诏书》交给胡惟德，要求他发布退位公告。自此，统治中国长达268年的清朝正式宣告结束。 尽管清帝退位后仍继续住在清宫，并享受外国君主的礼遇，每年还由北京政府支付400万元的费用，但在此时，袁世凯已经成为焦点人物。孙中山在此情况下只得将临时大总统的职务让给袁世凯。作为一位深谙政治手腕的老练人物，袁世凯意识到，如果离开北京，去南京就职，他将失去权力的根基。因此，为了牢牢控制中央政权，袁世凯决定在北京而非南京建立中央政府。

1912年2月13日，即清帝退位次日，袁世凯发布布告，宣布将组织临时共和政府，并致电各地督抚及军队，表示自己拥护民主共和国体，但因情况复杂无力承担这一责任，试图获得更多支持。同日，孙中山依照南北议和的协议和承诺，正式向参议院提出辞职引退，并推荐袁世凯继任临时大总统。 与此同时，孙中山还提出了三个条件：临时政府应定于南京，且不得更改；新总统在南京就职后，孙中山将卸任；新总统必须遵守已颁布的法制章程。2月14日，参议院选举袁世凯为临时大总统，并选举黎元洪为副总统。次日，2月15日，南京临时参议院举行了选举，袁世凯以全票当选临时大总统，随后黎元洪被选为副总统。

当天，孙中山向袁世凯发出电报，建议定都南京，避免出现天下怀庙宫未改之嫌，以免让官僚们有尚存之感。 然而，袁世凯不断强调其支持民主共和，并表示北方势力庞大，皇族影响力深厚，列强对政治中心南移表示担忧，外蒙古也时常发生动乱。为了回应这些问题，袁世凯提出不愿南下的理由。2月18日，南京临时政府决定派遣教育总长蔡元培为专使，前往北京邀请袁世凯南下就职。蔡元培与宋教仁、汪精卫等一同前往，受到热情接待，并共同商定了经武汉的南下路线。

然而，2月29日，北洋军突然发动兵变，士兵闯入蔡元培等人住所，抢走了所有行李和文件。随后的天津、保定北洋驻军也纷纷发生哗变。各国列强以保护侨民为名，纷纷调兵进驻北京。3月6日，蔡元培等人发电报给临时参议院，表示袁世凯目前无法南下，建议重新考虑此事。当天，参议院决定袁世凯继续在北京就职，并作出了六项具体安排。 3月10日，袁世凯在北京正式就任临时大总统。为了限制袁世凯的权力，孙中山等人提议，参议院于3月11日公布了《中华民国临时约法》。该法明确规定，中华民国之主权，属于国民全体，并保障人民的各项权利。它确立了资产阶级共和国的体制，采用了三权分立的原则，并将总统的集权制改为内阁负责制，旨在通过加强总理职权、限制总统权力来防止袁世凯独揽大权。此外，参议院还对总统的权力进行了一定的制约。 4月1日，孙中山到临时参议院行解职礼，并发表演讲，将临时大总统的印信交给了参议院。4月5日，参议院决定将政府迁往北京。