黄海海战后，黎元洪赴南京投奔两江总督张之洞，先是受委监修南京城外的幕府山炮台，后出任南京炮台总教习。张之洞调任湖广总督时，带着一部分南洋新军和黎元洪等人同去湖北。对这部分力量进行扩编后，张之洞组建了新军第八镇和暂编第二十一混成协。黎元洪是第二十一混成协协统，是仅次于第八镇统制张彪的湖北新军第二把手。张彪对近代军事知之甚少，很多事务需要仰仗黎元洪的意见。此外，黎元洪兼任新军兵工厂，钢药厂提调，讲武堂会办、湖北棉麻四局会办，并兼管湖北水师，可算是能者多劳，一肩多任。
黎元洪在湖北新军中因为品行卓越，赢得了很高的声望。他关心官兵生活，从不克扣粮饷，坚持足额如期发放；专门建立被服厂保证军服供应——南北新军演习时，湖北新军军容就胜过北洋新军；他鼓励士兵学习文化，对学有所成的官兵着意提拔；从不虐待士兵，对犯错士兵都交给执法官审讯定罪。让官兵感动的是，二品顶戴的黎元洪和官兵同甘共苦，坚持吃住在军营中，和官兵一起作息，就连过年也不回家，而是让家人到军营中团聚。
黎元洪所辖的第二十一混成协曾查出士兵杨王鹏、李抱良、廖湘云等人组织文学社的前身振武学社。黎元洪也只是将涉案的革命士兵开除军籍，礼送出营而已。至于为革命官兵说情、保释等事情，黎元洪更是没少做，甚至对新军士兵剪辫的行为都听之任之。所以，在革命党人看来，黎元洪即便不是同志也是可以团结的对象。革命党人回忆：“当时党人惟以满人为革命对象。汉人中即属官僚或不革命者，概不敌视。”黎元洪“同属汉族，终必表同情于革命”。
领导武昌起义的文学社和共进会领导人，年纪都很轻，缺乏声望，推举谁当领袖都不能服众。这也为黎元洪的“异军突起”创造了客观条件。起义前半个月，革命党人酝酿胜利后的都督人选。蒋翊武、孙武、刘公三人在职位上争执不下。而居正提议邀请黄兴、宋教仁来武昌领导革命，希望以外部的强大人选制止内部分歧。更多的人希望推举湖北籍的有声望的人物出任都督，首选人物是时任北洋军统制、湖北人吴禄贞。吴禄贞是革命党人，在日本留学期间加入了同盟会，又是日知会的灵魂人物之一，在湖北革命党人中声望很高。可惜他远在北京任职，不可能回武昌领导起义做都督。
这样，同样声望卓著的湖北同乡黎元洪就成了二号候选人。早在起义前的1911年4月，文学社和共进会在洪山宝通寺开会时，就讨论过推举黎元洪的可能。他们认为：“党人知识，不是不如黎元洪，但不够号召天下，诚恐清廷加以叛兵或土匪罪名，各省不明真相，响应困难，且黎平日待兵较厚，爱惜当兵文人，又属鄂籍将领，只要推翻满清，革命成功，似无不可。”会上，革命党人刘九穗认为：“所以要把黎元洪拉出来，其利有三：一、黎乃当时名将，用他可以慑伏清廷，号召天下，增加革命军的声威；二、黎乃鄂军将领，素得士心，可以号召部属附和革命；三、黎素来爱护当兵文人，而这些文人全是革命党人，容易和他合作。所以拉黎出来，革命必易成功。”与会党人没有异议，但希望推举黎元洪为临时都督，等吴禄贞在北方率部起义南下后，再推举吴禄贞为正式都督。虽然有过提议，但是革命党人没有做出推举黎元洪的正式决定。他只是备选之一。
可是在11日，情况就不同了。在场的吴兆麟、汤化龙等人不愿意担任都督，之前设定的领导人刘公、蒋翊武二人不知道躲在什么地方，孙武还在医院中治疗，而同盟会领导人并不知道武昌天翻地覆的变化，黎元洪就从一个备选成为了唯一现实的、可能的都督人选。
当天下午，黎元洪被逼无奈来到谘议局。他头戴一顶南瓜小帽，脑后拖着根辫子，双目无神，耷拉着日式胡子，愁眉苦脸地落座。革命官兵和立宪派立即宣布黎元洪为湖北军政府都督，主持大计。黎元洪马上跳了起来，甩着长长的辫子说：“兹事体大，务须谨慎，我实在不能胜任，请各位另请高明吧。”
现场哗然，蔡济民当即痛哭：“昨夜多少同志牺牲，方有今日之光复，若因无人主持而功败垂成，何以面对死去诸同志？若黎协统再不答应，我便自杀以谢烈士！”革命党人朱树烈更加激奋，抽刀剁下一根手指，用血淋淋的断指指着黎元洪说：“你要再说一个‘不’字，我就和你拼命。”黎元洪闭目不答。革命官兵也不管他同意与否，着手组织政权，写好安民文告送到黎元洪面前要他签署。黎元洪连连摆手说：“莫害我！莫害我！”革命党人李翊东见状，提笔在布告上写了个“黎”字，张贴了出去。
按照东京同盟会预拟的文稿，布告写着“中华民国军政府鄂军都督黎”，这是用“中华民国”字样发出的第一张布告。
黎元洪名义上出任都督，影响不小。“午后则见武昌城内外遍贴湖北都督黎元洪布告，往观者途为之塞，欢声雷动。至有艰于步履之白发老翁请人扶持，拥至布告前，必欲亲睹为快，人心为之大定。旅汉外籍人士闻之，亦为震动，皆曰‘想不到黎协统也是革命党。’”
这下，黎元洪算是上了“贼船”，名字上了布告，身子被软禁在军政府。愤然断指的朱树烈佩刀持枪，日夜监守着黎元洪。黎元洪闭目养神、面无表情、呆坐无语，既不说可也不说否，根本就不处理政务。都督不做事，蔡济民提议成立谋略处，代行都督职权。蔡济民出任谋略处负责人。11日晚，在谋略处主持的会议上，革命党人讨论了有关国家建制和政权标志的问题。与会者认为，起义是全国性的行动，必须依靠同盟会的规定办事。同盟会规定，起义成功的地方，立刻建立中华民国军政府某省都督府。会议决议新政权称为中华民国，政体改为五族共和，规定国旗为九角十八星，改为黄帝纪元。都督府就设在原来的谘议局。
最初数日，上自政制建立，下至茶水油灯，都督府事无大小都由蔡济民管理，任何人都找他，以致他面容憔悴，声嘶力竭，说话不能出声，只能佐以手势。
蒋翊武10日凌晨逃出武昌，在郊区找了个地方躲藏起来，听到武昌起义成功后，匆忙赶回。他赶到谘议局，看到木然的黎元洪和憔悴的蔡济民，失声痛哭：“都督如此情形，将奈之何？”革命党人张振武脾气火爆，看到如此尴尬场面，对吴兆麟说：“如今虽占武昌，然清廷大吏潜逃一空，未杀一人以壮声威，未免太过宽容，不如将黎元洪斩首示众，以壮声威，使一应旧臣皆为胆落。”他的意见很有代表性，当时年轻气盛的起义官兵们对不合作的黎元洪很不满意，希望以吴兆麟等人取代黎元洪。吴兆麟坚决不同意，认为黎元洪就是一言不发、一事不做，对大局也有利无弊。还有一种意见是让革命后迅速赶到武昌的黄兴取代黎元洪。但以李翊东为首的一派人坚决反对说：“黎都督为我们所推举，出尔反尔，如何取信于人。何况赖黎都督的威望，人心始定，今日无故免之，人心必乱。”
在湖北方言中，“黎”和“泥”发音相近。黎元洪呆坐中军帐，不发一言，加上他身宽体胖，起义官兵们就讽刺他是“黎菩萨”，因为谐音的关系很快传为“泥菩萨”。黎元洪的这个绰号传播得很广，非常符合他当时的状态：自认为与革命党人不合，又因为被迫做了都督成了朝廷的要犯，两头得罪，可不是“泥菩萨过江，自身难保”？
但是黎元洪毕竟领军当官多年，是有能力的人物。原本，他以为官兵起义，也就是瞎闹，闹几天就会被朝廷镇压下去。可随着日子的推移，起义官兵在武汉三镇的脚跟越站越牢，各地都有响应之声。黎元洪的心不能不松动起来。他当都督的第三天（13日）晨，躲藏在长江水面上的湖广总督瑞澂率楚豫等三艘军舰和革命军进行炮战。黎元洪兼管过湖北水师，对朝廷军舰的战斗力还是有信心的。不料，炮战的结果是黎元洪看重的清朝水师被仓促组成的革命军打败，三舰中有两舰受伤。老上级瑞澂自此逃离战场。黎元洪又一次受到了刺激。
当天，部分起义官兵对黎元洪的消极态度不满，革命党人甘绩熙持枪奔向黎元洪，扬言：“我就是不杀他，也得逼他表个态。”许多人跟着他一起来到黎元洪处。黎元洪见此，以之为转变的台阶，对甘绩熙等人说：“年轻人，你何必如此激烈！我在这里呆了四天，并未做什么对不起你们的事情呵！”革命党人陈磊说：“都督没有对不起我们，但是您的辫子还拖在脑后。您既然是民军的都督，就该剪掉辫子，做个表率，以示决心。”黎元洪立刻回答：“之前，你们要剪发，我悉听尊便。现在，我还在乎一条辫子？”围观者闻言欢呼雀跃，马上找来工具，帮黎元洪将辫子剪去。辫子落地，黎元洪与众人相视而笑。晚上，黎元洪正式主持出席军政府的军事会议，宣布：“自此以后，我即为军政府之一人，不计成败利钝，与诸君共生死！”他开始真正行使都督权力。
有关黎元洪剪辫子的说法，还有许多细节。比如说黎元洪辫子落地后，蔡济民特地放了鞭炮庆贺。又有说法是辫子没有了以后，黎元洪索性剃了个光头。望着黎元洪光秃秃的脑袋，蔡济民忍不住伸手摸了一下，笑着说：“都督这脑袋，真似罗汉一般。”黎元洪自己也笑了：“我看像弥勒佛。”又有说法认为，黎元洪“泥菩萨”的绰号就是从这里得来的。
剪辫后，革命党人就放心地将湖北的军政大权交给了黎元洪这个前清将领。10月16日，武昌起义后第一个来到武昌的同盟会重要领导人谭人凤，组织隆重仪式，给黎元洪授旗授剑，慷慨誓师，“一时欢声雷动，革命军自黎公以至士兵，上下一心，自此始也”。
黎元洪用前清将领身份统帅革命军，对前清阵营造成了不少震动，减少了革命阻力。武昌起义时，很多新军军官都躲了起来。军政府初建，面临很大的军官缺额。“自黎出之风一播，城内隐匿之军官皆来。”湖北各地官绅，接到黎元洪以都督名义发布的电文，纷纷附和起义。“各县士绅俱出而负地方治安之责。所以全省帖然，内顾无忧，军政府得专心致力于战事矣。”黎元洪还利用在前清的人脉关系策反前清将领。起义后，清军派海军提督萨镇冰率军舰逆长江而上，协助陆军镇压起义军。萨镇冰是黎元洪在水师时的老师，在学校时很欣赏黎元洪。他的现代化海军大炮对武昌城威胁很大，革命军没有炮台可以与之抗衡。黎元洪就写信给老师：“老师向来知道元洪为人一贯谨慎，这次起事实是人心所向。元洪再三考虑，才接受此职。希望老师爱惜百姓，也希望老师眼光看得远一些，与革命军合作。”萨镇冰为之动容，下令海军向岸上空地开炮，不久即率军舰退出战斗，顺江而下。
清朝陆军大臣荫昌奉命率北洋军南下镇压，顺道去洹上村拜访了“病休中”的袁世凯。荫昌乐观地表示：“武昌不过是乌合之众，无人主持，此去不难扑灭。”袁世凯正色道：“乱军以黎元洪为都督，何谓无人？”
北方清军源源不断地南下，武汉上空战争阴云密布。此后，这块狭窄的地区成为南北方之间、革命势力和清廷之间的主战场。
武汉起义军面临空前的压力。湖北新军在实力上本来就弱于北洋新军。起义中，湖北新军原来的中上层军官又几乎逃避一空，下级军官中参加起义的也不多，且事后大多担任了领导职务。起义成功后，军政府的军官和士兵都极度短缺。为了打赢即将到来的决战，军政府决定大规模招兵。招兵消息一经传出，城乡百姓踊跃应征，四方志士也前来投效。除了个人应招之外，不少人是集体前来投军。比如大冶矿工1000多人、汉口布帮伙计等，成批加入新军。青年学生的革命热情尤其高昂，纷纷报名参军。还有外省，甚至海外华侨听到武汉捷报，也不远万里前来投军。很多人不甘心被编入普通部队，奋勇要求组织敢死队。这一时期，武汉涌现了多支敢死队。
不到五天时间，湖北军政府就招纳了3万新兵，编为5个协。革命军人数虽多，但军事素质实在令人担忧。参军者多数是城乡贫民，因为战事迫在眉睫，政府没有时间训练他们，多数人连开枪都不会。军政府就在每协中加入一营老兵，打散编制到各部，带领新军边战边学。这些热情高涨的年轻人，满心兴奋地迎接着决战的到来！