三十日，孙中山和黄兴派人分头邀请各省有志革命的留日学生，到东京赤坂区桧町三番内田良平的住宅，召开建立统一革命组织的筹备会。到会的有孙中山、黄兴、张继、陈天华、宋教仁、冯自由、居正、胡毅生、曹亚伯、朱执信、宫崎寅藏、内田良平等七十余人，包括除甘肃在外的国内十七个省的留学生。会上，孙中山被推为会议主席，并用了大约一个小时的时间演讲革命的道理、革命的形势和革命的方法。接着黄兴等也相继发表演说，说明革命后如何普及教育，如何振兴实业，如何整理内政，如何修睦外交。他们的演讲得到与会者的赞同。在讨论统一后的革命组织的名称时，孙中山提议为“中国革命同盟会”，有人则主张用“对满同盟会”。对此孙中山做了阐述，他认为革命的目的并不专在排满，还要废除封建专制制度，建立共和国。还有人建议，这是个秘密组织，不应明用“革命”二字。经过大家反复讨论，最后定名为“中国同盟会”。在讨论宗旨时，孙中山提议以“驱除鞑虏，恢复中华，创立民国，平均地权”十六字作为同盟会的革命宗旨。但有人对“平均地权”表示疑议，要求取消。孙中山当即历举世界革命发展的趋势和社会民生问题的重要性，说明平均地权就是解决社会民生的第一步方法，并指出，作为世界最新的革命党，应高瞻远瞩，不仅仅只去解决种族、政治这两大问题，还应将最大困难的社会问题，一起连带解决，才可建设一个世界上最良最善的富强国家。孙中山解释完，众人鼓掌，表示赞同。于是同盟会宗旨获会议通过。接着，黄兴提议，与会者签订盟书。于是，每人抄写一份，由孙中山带着大家举右手宣誓。誓词是：“当天发誓，驱除鞑虏，恢复中华，创建民国，平均地权。矢信矢忠，有始有卒，有渝此盟，任众处罚”。宣誓后，孙中山又到隔壁一屋，分别传授同志相见的握手暗语和三种秘密口号。随后，孙中山与各会员一一握手，并祝贺说：“为君等庆贺，自今日起，君等已非清朝人矣！”会议最后推举黄兴、陈天华、马君武等八人起草同盟会章程，准备召开成立大会。
经过二十天的筹备后，八月二十日下午二时，在东京赤坂区灵南坂阪本金弥住宅内举行了同盟会的正式成立大会。出席会员有一百多人。会上，首先由黄兴宣读了同盟会章程草案三十条。这个章程明确规定：“本会以驱除鞑虏，恢复中华，创立民国，平均地权为宗旨”。设本部在东京。本部机构根据三权分立原则，在总理之下设执行、评议、司法三部。执行部权力最重，由总理直接领导，内分庶务、内务、外务、书记、会议、调查六科。在这六科中，又以庶务科最为重要，如总理不在本部，“庶务”可代行总理职权。另外在评议部里，设有评议长和评议员；在司法部里，设有判事长、判事和检事长。同盟会章程还规定在国内外分设九个支部，接受东京本部的领导。国内有东、南、西、北、中五个支部，国外有南洋支部、美洲支部、欧洲支部、檀岛支部。支部之下还设立各省区的分会。这个章程草案经过讨论修改，被大会通过。接着，在黄兴的倡议下，选举了孙中山为同盟会总理。会上又根据会章选举了同盟会各部职员，黄兴当选为执行部庶务，协助总理处理本部工作；汪精卫被推选为评议长，邓家彦为判事长，宋教仁为检事长。最后，黄兴提议把《20世纪之支那》杂志作为同盟会的机关报，大家一致鼓掌通过。整个会议过程十分热烈。
中国同盟会的成立。基本上结束了各革命小团体分散斗争的局面，中国革命运动开始有了一个统一的领导机关，将推翻帝制的革命推向一个新阶段。
预备立宪
同盟会成立之后，革命形势不断蓬勃发展起来，使清政府大为震惊，若干朝廷重臣、地方督抚，为了维护清朝的统治，并且保持和扩大自己的权势，要求“变更体制”，“实行立宪”。日俄战争之后，一些民族资产阶级上层的代表人物，趁机以“俄以专制败，日以立法胜”为由，提出立宪的要求，以便使自己能有机会参与国家政权。
光绪三十一年（1905年）七月，清廷发出谕旨，派载泽、戴鸿慈、徐世昌、端方及绍英五大臣赴东西洋各国考察宪政。九月二十四日，五大臣带领大批随员，乘火车离京。革命党人吴樾怀揣炸弹，乔装成皂隶，从容步入站台，登上五大臣专车，准备炸死五大臣，但由于车身震动，触发炸弹，吴樾死难，载泽、绍英二人负伤，出洋考察只得暂缓。十月二十五日，清政府又改派李盛铎、尚其亨顶替徐世昌、绍英、凑足五人再次分途出路考察。
光绪三十二年（1906年），五大臣先后回国，他们向慈禧太后力陈实行立宪的种种好处。他们看到，天下人心思变，如果拒不实行任何改革，就不能安定人心；而人心不安，革命党就容易“煽动”群众，革命的“祸乱”就难以避免。只要先定下立宪的“国是”，就能安抚立宪派，稳定大局。如果继续狐疑，就会使希望立宪的人们感到失望，甚至“激成异端邪说，紊乱法纪”。总之，正如载泽向慈禧太后密奏立宪有三大好处即：“皇位永固”、“外患渐轻”、“内乱可弭”。并提醒她说：“今日宣布立宪不过明示宗旨为立宪之预备，至于实行之期，原可宽立年限”。慈禧太后反复考虑他们的建议，尔后于光绪三十二年（1906年）九月一日颁布上谕，宣布“预备仿行宪政”。这道上谕承认，“各国之所以富强者，实由于实行宪法，取决公论”；而中国“政令积久相仍，日处阽危，受患迫切”；所以“非广求知识，更订法制”不可。尽管清廷宣称要“仿行宪政”，但又声称“大权统于朝廷，庶政公诸舆论，以立国家万年有道之基”。同时又借口“目前规制未备，民智未开”，将“祝进步之迟速，定期限之远近”。
清政府的“预备立宪”，使民族资产阶级上层看到有了参政的希望，他们的代表人物立刻积极活动起来。张謇、汤寿潜等人在上海组织了“预备立宪公会”。康有为将“保皇会”改组为“中华帝国宪政会”，梁启超与蒋智由等在日本东京建立“政闻社”。此外，汤化龙在湖北成立“宪政筹备会”，谭延闿在湖南成立“宪政公会”，丘逢甲在广东成立“自治会”。
同年十一月，清政府首先宣布改革中央官制，行政中枢仍为军机处，把部的数目增为十一个，有些部的名称有所更改。这次改革标榜不分满、汉，但是各部长官中，满洲贵族的人数不仅没有减少，反而有所增加。一些重要的部如陆军、度支、外务等，长官都是满洲贵族。第二年，宣布改革地方官制，把各省督抚的军权、财权、分别收归中央陆军部和度支部。立宪派见清政府并无立宪的实际行动，便采取联名上书进行请愿的办法，要求清政府速开国会。光绪三十四年（1908年）八月，预备立宪公会联络宪政公会、宪政筹备会、自治会等立宪团体，邀集各省立宪派的代表到北京，向清政府请愿。一些地方督抚也电请早日召开国会。在这种情况下清政府，颁布了《钦定宪法大纲》，宣布以九年为立宪的预备期限。《钦定宪法大纲》以根本大法的形式，确定“君上大权”，规定皇帝有颁行法律、召集或解散议院、设官制禄及黜陟百司、统率陆海军及编定军制、宣战议和及订立条约、总揽司法等权，实际上与专制君主并无多少区别。
宪法大纲颁布后不久，同年十一月，光绪皇帝与慈禧太后相继死去。不及三岁的溥仪继承帝位，由其生父载沣以摄政王执政，改元宣统。
载沣执政后，宣布要继续推行立宪；同时进一步加强皇室贵族集权。他以“足疾”为名，罢斥了权势显赫的袁世凯，令其回籍“养病”，自己以监国摄政国代理大元帅，亲自统率禁卫军。命其弟载洵和载涛分别担任海军大臣和军谘大臣，荫昌担任陆军大臣，由皇室来把持兵权。
宣统元年（1909年）十月，诏令各省成立谘议局。各省谘议局基本上为立宪派所控制。立宪派的头面人物如张謇、汤寿潜、汤化龙、谭延闿、薄殿俊等，分别担任江苏、浙江、湖北、湖南、四川等省谘议局的议长。
江苏省谘议局成立后，议长张謇向各省呼吁，主张速开国会，组织责任内阁。十二月，十六省谘议局代表在上海集会，决议到北京向都察院请愿上书。第二年一月，十六省谘议局代表在北京联名上书。清政府坚持九年预备立宪的期限，拒绝速开国会。第一次请愿失败。六月，立宪派又组织了十个请愿团，赴都察院上书，仍遭拒绝。第二次请愿也失败。十月，清政府的中央资政院在北京正式开会。这时，各省立宪派联名举行第三次请愿，立宪派组成的国会请愿代表团向资政院逞递了请愿书，资政院的多数议员支持立宪派的活动，资政院上达了请愿书，并且通过“陈请速开国会”的奏折和设立责任内阁的议案。各省督抚也发来电报，呈请清政府设立内阁、召开国会。迫于这种形势，清政府宣布缩短预备立宪期限，定于宣统五年（1913年）召开国会，在国会召开前两年，先成立内阁。另一方面又利用立宪派的分化对他们采取强硬态度，下令押解东三省的请愿代表返回原籍，宣布禁止请愿活动。
宣统三年（1911年）五月，清政府宣布第一届“责任内阁”成立。以庆亲王奕劻为总理大臣，徐世昌、那桐为协理大臣。在十三名内阁员中，汉族仅四人，满族有九人，其中皇族占七人，被称为“皇族内阁”。
皇族内阁的成立，彻底暴露了清政府假立宪的骗局，引起全国人民的愤怒，就是原来赞成民国二年（1913年）召开国会的那部分立宪派也大失所望。各省谘议局议长，再次在北京召开联合会推举谭延闿为主席，向清政府上书，要求另组内阁。他们的请求，遭到清政府的断然拒绝。至此立宪运动最终失败。