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1911年10月10日，武昌起义爆发，并迅速取得成功。消息传到北京，清政府极为惶恐。为了迅速扑灭在武汉燃起的革命烈火，清廷急忙拼凑一切可以调动的兵力前往镇压：10月12日下令将湖广总督瑞澂革职留任，令其“克期克复省城”；令正在永平参加秋操的混成第四镇（相当于师）统制官王遇甲率部星夜赴援；命陆军大臣荫昌迅速赶赴湖北，所有湖北各军及赴援军队，均归其调遣。紧接着，令海军提督萨镇冰、长江水师提督程允和率两舰队“即日赴援”，迅速开往武汉江面。14日，清廷又在内外交困的困境下被迫任命袁世凯为湖广总督，岑春煊为四川总督，会同荫昌“督办剿抚事宜”。
面对险恶的形势，新成立的湖北军政府也加紧扩军备战，誓死保卫武汉。当时，汉阳兵工厂储有步枪7000多支，山炮150多门，枪弹500万发，炮弹6000颗，武器弹药可称充足。民众投军踊跃，军政府不到5天就扩充了4个协（清末新军的编制单位，相当于后来的旅）约2万人的新兵。之后，又增招了4个协，使武装力量达到了8个协。
武汉保卫战于10月18日正式揭开帷幕，整个保卫战系由汉口战役（10月18日至11月1日）与汉阳战役（11月2日至11月27日）组成，历时40多天。汉口古称夏口，因而这次发生在汉阳、汉口的大规模战役，一般称之为“阳夏之役”。
汉口保卫战
在清军一方，清政府虽然作了全面反扑的计划，但将帅的行动起初却依然颟顸怯懦。身为统帅的陆军大臣荫昌“迟迟不发”，后在清廷一再催促下才硬着头皮进到湖北，也只敢住在孝感的火车上。袁世凯则不满足湖广总督的任命，企图乘机攫取清政府军政大权，一直不肯出山，其亲信控制下的北洋军也因此不肯卖力作战。在此情况下，革命军利用敌人的胆怯和内部矛盾，抓紧时间发展力量，主动出击。
汉口保卫战首先是从争夺刘家庙开始的。刘家庙在汉口以北10公里处，濒临长江，周围地势平坦，水网沟渠纵横，部队不便展开。刘家庙车站（即江岸车站）为南下清军必经之路，也是革命军保卫汉口的前哨阵地。
不久，南下清军先头部队进抵刘家庙东北的滠口；萨镇冰所率舰队也大部驶至武汉江面，并派鱼雷艇在江面巡弋，防止革命军从武昌渡江增援。
湖北军政府得知清军南下的消息后，于10月15日召开军事会议，确定趁南下清军尚未全部集中时，先敌发起进攻。其方针是：“拟先击攘汉口之敌，逐次向北进攻，以阻止清军南下。”为此，湖北军政府决定向汉口增兵，任命第二协统领何锡藩为前线指挥，首先肃清盘踞刘家庙之敌。
10月18日，革命军以第二协四标（相当于团）谢元恺所部为先锋，正面进攻刘家庙。当时盘踞此地的清军总计2000多人，在海军舰炮火力支援下负隅顽抗，革命军发动多次冲锋，均被击退，伤亡很大。次日，革命军约3000人，以骑兵为前锋，在炮兵支援下，从两翼发动进攻，并派兵一部阻击敌之迂回部队。清军依靠舰炮支援，顽强抵抗。激战至中午12时，清舰弹药用尽，驶往下游，革命军乘机加强两翼攻势。清军窜入棚户，继续顽抗，革命军立即以敢死队组织火攻。时正顺风，顷刻之间烈焰冲天。清军无法立足，丢弃大量辎重，向三道桥退却。革命军占领刘家庙，追至三道桥附近，才停止了进攻。
第二协因连战疲惫，遂留一半兵力固守刘家庙阵地，其余人员运送战利品回汉口。当晚，汉口全市欢庆刘家庙大捷，商界和市民踊跃劳军。
初战告捷，革命军士气大振，同时也大大鼓舞了全国各地人民纷起响应的斗志。清军经此挫败后，湖广总督瑞澂一面急电催援，一面借故逃往上海。
面对北洋军主力的南下逼近，19日夜，湖北军政府调步兵第四协张廷辅部增援汉口，由第五协接替武昌防务。同时，召开军事会议，经过激烈争论，最后决定在清军尚未全部到达之前，继续发起进攻，首先击退滠口之敌。前线指挥何锡藩，因与少数革命党人意见不合，提出辞职。湖北军政府遂改任张景良为汉口前线指挥官。而张景良实际上是一个暗藏的反革命分子，由这样一个奸细掌握前线指挥权，给尔后的作战造成了很大的损失。
此时，清军两标正在滠口集结，并陆续有增援部队到达；海军兵舰5艘在阳逻湾待命。张景良到达刘家庙后，故意拖延时间，不作任何作战部署。20日，湖北军政府派人前往检查，发现部队混乱，毫无进攻准备，遂代张下达进攻任务。
21日拂晓，步兵第二协第四标在谢元恺率领下，潜行至三道桥北端，发起冲锋。清军以机关枪猛烈扫射，封锁三道桥。革命军既不能前进，又无法机动，伤亡惨重，退守二道桥。步兵第四协从滕子冈渡江到达对岸，因地势低洼，泥泞难行，加之清军防守严密，进攻困难，在得知正面进攻失利之后，遂自动撤回。当晚，湖北军政府再次召开会议，鉴于进攻受挫的情况，决定暂取守势。部队在三道桥以南占领险要地形，加紧构筑工事，转入防御。
此后几天，两军在三道桥南北对峙，双方都在积极进行战前准备，除在二道桥一带有零星开火外，未发生大的战斗。此时，北洋军第四镇和第二镇的第三协进抵孝感、祁家湾、滠口一线，总兵力约15000人，并从北方运来了大批退管炮和马克沁式机关枪等新式武器。袁世凯的头号大将冯国璋设司令部于孝感，直接指挥对汉口的进攻。此外还得到海军舰艇的配合作战。革命军以第二、第四协等部约10000人守备汉口，同时，积极筹组步兵第六协，接替武昌防务；令步兵第五协作好支援汉口作战的准备。
10月26日晨，清军水陆协同，向革命军发动进攻。先由军舰数艘潜过武昌青山革命军的炮兵阵地，未遇阻击即进抵造纸厂附近江面，从侧翼向三道桥以南革命军阵地实施火力急袭，革命军猝不及防，牺牲500多人。滠口的清军乘机在机枪和炮火掩护下通过三道桥，沿铁路两侧猛攻。战至上午10时，革命军因减员太多，被迫后撤至汉口大智门一带，刘家庙落入敌手。
正当激战之际，前线指挥张景良竟不知去向。中午12时，谢元恺自告奋勇，指挥部队反攻刘家庙，与敌人展开肉搏，清军不支，纷纷逃窜，刘家庙又被革命军夺回。革命军追至造纸厂附近，遭敌阻击，时已黄昏，遂停止进攻。 26日晚，湖北军政府鉴于汉口的革命军伤亡较大的情况（共计伤亡1000多人），立即从武昌调步兵第五协、敢死队两大队，从汉阳调步兵第一协一部，增援汉口，准备于第二天乘胜进攻，驱逐造纸厂之清军，同时，由新编步兵第六协担任武昌防务。然而，湖北军政府对于临阵脱逃的张景良竟然不作断然处置，仅令炮兵统领姜明经协助指挥。
27日凌晨，清军集中更大兵力，先于革命军发起进攻。其一路兵力从造纸厂沿铁路正面进攻刘家庙，一路兵力绕戴家山、姑嫂村迂回革命军翼侧。革命军依托阵地，坚决抵抗。而张景良既不亲临前线指挥，又不给部队及时补充弹药，以致战不多久，部队弹药告罄，加之新兵不善于利用地形，部队伤亡过大，不得不从刘家庙逐步后撤，退守大智门一带。清军进至洋商跑马场。
当晚，湖北军政府召集会议，决定派炮队二营增援汉口，派工程营帮助驻汉口各部队赶筑和加固工事；并致电湘、赣、陕等省，请速出兵，支援武汉。这时，清廷已召荫昌回京，以袁世凯为钦差大臣，全权指挥武汉战事；冯国璋为第一军军统，段祺瑞为第二军军统，并由冯国璋亲往汉口督战。
28日上午，清军继续沿铁路向大智门猛扑，并以进占洋商跑马场之清军绕道三道桥，迂回革命军翼侧。时张景良又不在战地，革命军在无人统一指挥的情况下，各自为战，前仆后继，英勇顽强地抗击优势敌军的凌厉攻势。因后援不继，被迫从大智门后撤。据守歆生路的革命军，依托坚固房屋，进行顽强抗击，多次以肉搏战击退清军的进攻。
29日，清军以重炮轰击革命军炮兵阵地。由于革命军的炮兵目标暴露，火炮和人员损失很大。清军在优势炮火的支援下，不断向前推进，相继攻占了歆生路口及华商跑马场。革命军分别退守玉带门及歆生路以南街市。此后，双方展开了激烈的巷战。
在这几天的苦战中，革命军的领导骨干损失严重，代理第四协统领谢元恺、炮兵统带蔡德懋、敢死队队长马荣等先后牺牲，第二协统领何锡藩亦中弹受伤，张景良又藏匿不出（后因阴谋败露而被汉口军政分府负责人詹大悲处决），前线指挥乏人，部队士气开始涣散，部队被迫退守汉口市区，背靠长江和汉水，形势非常危急。
危急时刻，革命党人一直翘首期盼的黄兴于28日由上海到达汉口。黄兴是同盟会内仅次于孙中山的革命领袖，以军事才能著称。黄兴抵汉后，首先赶到武昌与黎元洪会晤，力主坚守汉口、汉阳，并毅然应承担当前线总指挥的重任，于当晚赶回汉口，在满春茶园组织了司令部。
黄兴亲临前线指挥，给士兵们以极大鼓舞，但局势仍然是严峻的。由于连日恶战，革命军中受过正规训练的士兵减员甚多，其余的多系新兵，有些甚至“连射击还未学会”，装备也较差。为了扭转不利局面，29日黄兴指挥各部反攻大智门。经过激烈战斗，曾一度击溃敌军，但紧接着大量的敌人援军赶到，革命军反攻未获成功。
10月31日，袁世凯抵信阳接任钦差大臣，令冯国璋集中兵力猛攻汉口。汉口的革命军依托歆生路一带的房屋树木，与清军逐屋逐段展开争夺战，使敌每前进一步都要遭受重大伤亡。冯国璋向袁世凯报告说：“匪炮向街中猛击，徒步匪人顽强抵抗，汉镇火愈猛，相持竟日。”“我军接续攻打，节节巷战，每攻一段，冒火蹈险，又为匪暗击，艰苦不可言状。”但是清军仍凭借优势兵力火力，节节向市内进逼。湖北军政府急将驻汉阳步兵第一协大部兵力及武昌辎重第二营调往汉口增援。
11月1日晨6时，清军从王家墩发起攻击，革命军依托堤防顽强抗击，使敌一时无法突破防线。上午10时左右，清军利用歆生路附近房屋作掩护，向革命军右翼逼近，同时用火炮轰击革命军防守的据点。革命军遭受重大损失，逐步后撤，黄兴率敢死队亲自督阵亦无效。清军为使革命军失去依托，竟采取焚烧街道的残酷办法向前推进。大火从歆生路花楼街一直烧到满春茶园，又从满春茶园烧至硚口，繁华的汉口市区顿时湮没在一片火海之中。
这时，驻守汉阳的第一协统领宋锡全擅自率部撤往岳阳（一说奉命撤退）。汉口的正面及左翼亦有少数革命军官兵借故退走。下午，汉口市区逐步被清军占领。黄兴见汉口革命军已被打散，无法挽回败局，遂决定退守汉阳，等待援军，再图恢复。11月1日，汉口失陷。此次争夺汉口之战，双方各死伤2000多人。
浴血汉阳
革命军和清军在汉口连日苦战，均甚疲劳，双方都需休整，作再战准备。此时“海琛”、“海容”、“海筹”等舰于11月1日宣布起义，驶抵九江，加入革命军，使清军的渡江作战增加了一定的困难。因此，暂时形成两军对峙的局面。
汉阳隔汉水与汉口南北相对，地势高而且险，部署在龟山上的炮火可以控制整个武汉。汉阳的得失，成为武汉争夺战的关键。
清军攻占汉口后，一面巩固阵地，一面调运枪械弹药及渡河器材，并继续调遣援军南下。冯国璋援引曾国藩与太平军作战时力争武昌的战例，指出：“昔日之势，重在武昌，武昌以洪山为扼塞，洪山失则武昌不守，顺流以取汉阳、汉口，如破竹耳。今日之战，则重在汉阳，汉阳之大别（龟山）诸山，俯瞰武汉，如釜底一丸，下掷则全城瓦碎，不待攻而自破矣。为今之计，惟有先取汉阳，为攻心之上策。”他决心先取汉阳，再攻武昌。经过10多天的准备，逐步完成了进攻部署。
但此时云南、贵州、浙江、江苏、安徽、广西、福建、广东等省已先后宣布独立，清廷正处在四面楚歌之中。面对全国迅猛发展的革命形势以及武汉革命党人在军事上的暂时挫折，老奸巨猾的袁世凯在帝国主义唆使下，派亲信于11月10日到武昌进行“和平”试探。因其坚持以君主立宪为停战议和条件，虽为黎元洪所接受，却被革命党人拒绝。袁世凯诱和不成，遂令冯国璋积极准备进攻汉阳。
汉口失陷后，湖北军政府内部对是否防守汉阳，进行了激烈的争论。最后决定固守汉阳，并电请起义各省迅速出兵，合攻清军。湖北军政府一面整顿队伍，组建新军；一面在汉水沿岸及险要地点加紧构筑工事，部署防御。黄兴于汉阳城西昭忠祠设司令部，全面部署汉阳防务。
当时清军总兵力已增至约3万人，而退驻汉阳的革命军不足5000人，经过补充，加上新从武昌调来的步兵第六协，兵力增至约1万多人。湖南援军王隆中、甘兴典两个步兵协（均不满员）于11月6日、9日先后开抵汉阳，总兵力始增至2万多人。但是部队中老兵伤亡严重，新兵居多。更为严重的是，革命党内部因不团结而难于协调行动，黄兴的指挥也无法做到令行禁止。 随着全国革命形势的发展，以及援军的到来和汉阳防务的逐步就绪，黄兴产生了急于收复汉口的思想。革命军内部在这个问题上存在严重分歧。孙武等人认为，部队新兵太多，缺乏训练，炮火不足，不能贸然出击汉口，应以坚守汉阳为宜。黄兴则认为，敌军主力已移至蔡甸一带准备进攻汉阳，汉口兵力较单薄，正是出其不意反攻汉口的大好时机，他轻信他的军事顾问大元大佐（日本人）关于汉口清军“不难击灭”的意见，并受王隆中声言如不反攻即率部返湘的要挟，决定反攻汉口，先发制人，以求打乱敌人的进攻计划。
在意见尚未统一的情况下，黄兴于11月16日夜督军反攻汉口。晚10时，反攻汉口作战开始。革命军主攻部队由琴断口通过浮桥，顺利到达汉水对岸。因连日阴雨，初次上阵的援鄂湘军对汉口地形不熟，部队在泥淖中艰难地摸索了一夜，第二天拂晓才进入阵地。
此时清军正在民房取暖，毫无戒备，在革命军的突然袭击下，惊慌失措，仓皇后退。上午9时许，湖南援军第一、二协进至居仁门一线，革命军第五协进至王家墩时，汉口清军已预备火车准备后撤，战斗形势对革命军十分有利。此时黄兴即令步兵第四协和第六协奋勇渡河，攻击清军左翼，以收夹击之效。但该两协在渡河时，遭到清军机关枪猛烈扫射，抢渡未成，没能达到牵制敌军的目的，使主攻部队失去了有力支援。
下午2时，清军援军赶到，在炮火及机枪火力掩护下，向革命军反击。革命军第二协及第五协在清军压力下，首先退却，牵动全线。黄兴大怒，下令后退者杀，但部队皆不听命，纷纷溃退。无奈之下，黄兴不得不率军退回汉阳。
此次反攻汉口的失利，使革命军伤亡800多人，丢失了大批枪械弹药，不仅没有达到预期目的，反使士气受到很大的挫伤，处境更加被动。事后，黎元洪派蒋翊武到汉阳慰勉黄兴，谓汉阳有襄河之险，且系武昌保障，仍要固守。此时之败不足虑也，一待各省援军齐到，再图恢复可耳。
黄兴召集军事会议，决定凭借汉水之险，固守汉阳。但是，黄兴对清军的进攻部署却作出了错误的判断。他认为清军主力在汉口龙王庙至玉带门一线，汉阳正面是敌人的主要进攻方向；对于从孝感、新沟南下，迂回侧击汉阳的大批清军，认为是敌人的牵制部队，未予足够重视，仅派少数步、骑兵前往蔡甸设防，这一错误判断对汉阳的防御作战影响很大。
冯国璋于11月20日按既定部署向汉阳发起进攻，以第四镇为左翼，从汉水正面渡江，直接进攻汉阳；以混成第十一协等为右翼，迂回汉阳翼侧。
清军右翼一部从新沟渡过汉水，未遭多大抵抗，即将汉阳的门户蔡甸占领，并迅速推进至汉阳以西的三眼桥附近。21日，清军由蔡甸渡河，革命军堵截未成，退守三眼桥。此时汉阳门户已失，完全处于被动防御的不利地位。此后数日，清军接连猛攻三眼桥，均被革命军击退。
清军在进攻三眼桥接连受挫后，遂集中兵力于琴断口方向，向美娘山发动猛攻，守山的援鄂湘军王隆中部奋勇抵抗，终因伤亡太多，23日下午1时阵地失守。黄兴闻讯，急派鄂军祁国钧和湘军杨万贵率敢死队队员百余人，趁敌人立足未稳，实施反击，使美娘山失而复得。
24日，清军陆续增兵于美娘山方向。凌晨，在炮兵支援下，很快攻占了美娘山、仙女山。黄兴鉴于仙女山之敌可以瞰制汉阳，侧击大别山，对汉阳威胁甚大，遂令预备队陆续投入战斗，进行反击。因有的部队不听指挥，以致未能奏效。革命军被迫退守锅底山、扁担山。经反复争夺，在清军的强大攻势下，锅底山、扁担山及磨子山又相继失守。
25日，革命军从各部队挑选敢死队员百余人，乘夜进行反击，夺回了磨子山。由刘玉堂率领的湖南援军一标，刚抵汉阳，亦立即投入战斗，夺回了扁担山。清军集中炮火向革命军射击，刘玉堂不幸中弹牺牲，部队相继溃散，磨子山、扁担山复被清军夺占。
至此，汉阳周围的制高点已大部为清军控制。革命军第一道防线全被突破，被迫退至十里铺一线。两路清军会合后继续向前平推。
26日，革命军在黑山、十里铺一线组织防御。但这一带地势平坦，无险可守，在各路清军进逼下，革命军伤亡惨重，下午4时左右，十里铺失守，革命军将领杨玺章、王殿甲阵亡。
27日清晨，清军突破第二道防线，沿大道向汉阳城推进。在汉口担任正面攻击的清军也渡过汉水，夺取了龟山炮台。留日士官生肖钟英、王佐才等眼见汉阳将要陷落，便组织敢死队渡江，在汉阳铁厂码头登岸，持枪杀敌，遭清军猛烈扫射，全部壮烈牺牲。
革命军腹背受敌，各部不听黄兴指挥，纷纷撤退。湖南援军第一协退往武昌，第二协从鹦鹉洲返回湖南。黎元洪得信，马上派人前去劝说，不久又亲自前往敦促，并许以高额酬劳，但湘军不听，径自退回湖南。黄兴见败局已定，遂下令将兵工厂的武器弹药运往武昌。27日下午，汉阳终告陷落。当日晚，黄兴从武昌乘船离鄂。
此次汉阳保卫战，革命军伤亡3300多人，清军亦死伤惨重。清军面对长江天险，又无海军支援（海军已在九江附近江面宣布站在革命军一边），同时为了给“和谈”留下余地，没有马上进攻武昌。武汉战场再次呈现隔江对峙的局面。
阳夏之役的意义
汉口、汉阳保卫战，革命军在作战指挥上有不少失误，诸如：偏重于从正面与兵力火力均占优势的清军争夺阵地和街道，未能充分利用道路分歧、街道纵横的特点，迂回侧击敌人；让内奸张景良充当前线指挥，并在已经发现其有渎职行为后仍不作断然处置；不顾主客观条件，贸然反攻汉口；将汉阳设防重点放在汉水岸边，未能以更多兵力控制翼侧和制高点，也未掌握足够的预备队，等等。这些，都是导致汉口、汉阳失守的重要原因。
历时1个多月的阳夏之役，是辛亥革命期间规模最大的一次战役。湖北革命军民和其它省援军共数万人，为了占领和保卫武汉三镇，英勇地进行了近50天的奋战，付出了巨大的牺牲。
此役打破了清政府妄想以北洋精锐之师，一举将革命起义扼杀在摇篮中的企图，有效地保卫了首义之区和第一个资产阶级革命政权，为全国人民树立了英勇抗敌的典范，同时拖住清军主力达1个多月，为这场反封建的资产阶级革命在全省乃至全国的发展赢得了宝贵的时间。因此，从武汉局部一隅来看，革命军虽然在战役中失利，但就全国范围而言，失败的却不是革命人民而是清朝反动统治者。
面对险恶的形势，新成立的湖北军政府也加紧扩军备战，誓死保卫武汉。当时，汉阳兵工厂储有步枪7000多支，山炮150多门，枪弹500万发，炮弹6000颗，武器弹药可称充足。民众投军踊跃，军政府不到5天就扩充了4个协（清末新军的编制单位，相当于后来的旅）约2万人的新兵。之后，又增招了4个协，使武装力量达到了8个协。
武汉保卫战于10月18日正式揭开帷幕，整个保卫战系由汉口战役（10月18日至11月1日）与汉阳战役（11月2日至11月27日）组成，历时40多天。汉口古称夏口，因而这次发生在汉阳、汉口的大规模战役，一般称之为“阳夏之役”。
汉口保卫战
在清军一方，清政府虽然作了全面反扑的计划，但将帅的行动起初却依然颟顸怯懦。身为统帅的陆军大臣荫昌“迟迟不发”，后在清廷一再催促下才硬着头皮进到湖北，也只敢住在孝感的火车上。袁世凯则不满足湖广总督的任命，企图乘机攫取清政府军政大权，一直不肯出山，其亲信控制下的北洋军也因此不肯卖力作战。在此情况下，革命军利用敌人的胆怯和内部矛盾，抓紧时间发展力量，主动出击。
汉口保卫战首先是从争夺刘家庙开始的。刘家庙在汉口以北10公里处，濒临长江，周围地势平坦，水网沟渠纵横，部队不便展开。刘家庙车站（即江岸车站）为南下清军必经之路，也是革命军保卫汉口的前哨阵地。
不久，南下清军先头部队进抵刘家庙东北的滠口；萨镇冰所率舰队也大部驶至武汉江面，并派鱼雷艇在江面巡弋，防止革命军从武昌渡江增援。
湖北军政府得知清军南下的消息后，于10月15日召开军事会议，确定趁南下清军尚未全部集中时，先敌发起进攻。其方针是：“拟先击攘汉口之敌，逐次向北进攻，以阻止清军南下。”为此，湖北军政府决定向汉口增兵，任命第二协统领何锡藩为前线指挥，首先肃清盘踞刘家庙之敌。
10月18日，革命军以第二协四标（相当于团）谢元恺所部为先锋，正面进攻刘家庙。当时盘踞此地的清军总计2000多人，在海军舰炮火力支援下负隅顽抗，革命军发动多次冲锋，均被击退，伤亡很大。次日，革命军约3000人，以骑兵为前锋，在炮兵支援下，从两翼发动进攻，并派兵一部阻击敌之迂回部队。清军依靠舰炮支援，顽强抵抗。激战至中午12时，清舰弹药用尽，驶往下游，革命军乘机加强两翼攻势。清军窜入棚户，继续顽抗，革命军立即以敢死队组织火攻。时正顺风，顷刻之间烈焰冲天。清军无法立足，丢弃大量辎重，向三道桥退却。革命军占领刘家庙，追至三道桥附近，才停止了进攻。
第二协因连战疲惫，遂留一半兵力固守刘家庙阵地，其余人员运送战利品回汉口。当晚，汉口全市欢庆刘家庙大捷，商界和市民踊跃劳军。
初战告捷，革命军士气大振，同时也大大鼓舞了全国各地人民纷起响应的斗志。清军经此挫败后，湖广总督瑞澂一面急电催援，一面借故逃往上海。
面对北洋军主力的南下逼近，19日夜，湖北军政府调步兵第四协张廷辅部增援汉口，由第五协接替武昌防务。同时，召开军事会议，经过激烈争论，最后决定在清军尚未全部到达之前，继续发起进攻，首先击退滠口之敌。前线指挥何锡藩，因与少数革命党人意见不合，提出辞职。湖北军政府遂改任张景良为汉口前线指挥官。而张景良实际上是一个暗藏的反革命分子，由这样一个奸细掌握前线指挥权，给尔后的作战造成了很大的损失。
此时，清军两标正在滠口集结，并陆续有增援部队到达；海军兵舰5艘在阳逻湾待命。张景良到达刘家庙后，故意拖延时间，不作任何作战部署。20日，湖北军政府派人前往检查，发现部队混乱，毫无进攻准备，遂代张下达进攻任务。
21日拂晓，步兵第二协第四标在谢元恺率领下，潜行至三道桥北端，发起冲锋。清军以机关枪猛烈扫射，封锁三道桥。革命军既不能前进，又无法机动，伤亡惨重，退守二道桥。步兵第四协从滕子冈渡江到达对岸，因地势低洼，泥泞难行，加之清军防守严密，进攻困难，在得知正面进攻失利之后，遂自动撤回。当晚，湖北军政府再次召开会议，鉴于进攻受挫的情况，决定暂取守势。部队在三道桥以南占领险要地形，加紧构筑工事，转入防御。
此后几天，两军在三道桥南北对峙，双方都在积极进行战前准备，除在二道桥一带有零星开火外，未发生大的战斗。此时，北洋军第四镇和第二镇的第三协进抵孝感、祁家湾、滠口一线，总兵力约15000人，并从北方运来了大批退管炮和马克沁式机关枪等新式武器。袁世凯的头号大将冯国璋设司令部于孝感，直接指挥对汉口的进攻。此外还得到海军舰艇的配合作战。革命军以第二、第四协等部约10000人守备汉口，同时，积极筹组步兵第六协，接替武昌防务；令步兵第五协作好支援汉口作战的准备。
10月26日晨，清军水陆协同，向革命军发动进攻。先由军舰数艘潜过武昌青山革命军的炮兵阵地，未遇阻击即进抵造纸厂附近江面，从侧翼向三道桥以南革命军阵地实施火力急袭，革命军猝不及防，牺牲500多人。滠口的清军乘机在机枪和炮火掩护下通过三道桥，沿铁路两侧猛攻。战至上午10时，革命军因减员太多，被迫后撤至汉口大智门一带，刘家庙落入敌手。
正当激战之际，前线指挥张景良竟不知去向。中午12时，谢元恺自告奋勇，指挥部队反攻刘家庙，与敌人展开肉搏，清军不支，纷纷逃窜，刘家庙又被革命军夺回。革命军追至造纸厂附近，遭敌阻击，时已黄昏，遂停止进攻。 26日晚，湖北军政府鉴于汉口的革命军伤亡较大的情况（共计伤亡1000多人），立即从武昌调步兵第五协、敢死队两大队，从汉阳调步兵第一协一部，增援汉口，准备于第二天乘胜进攻，驱逐造纸厂之清军，同时，由新编步兵第六协担任武昌防务。然而，湖北军政府对于临阵脱逃的张景良竟然不作断然处置，仅令炮兵统领姜明经协助指挥。
27日凌晨，清军集中更大兵力，先于革命军发起进攻。其一路兵力从造纸厂沿铁路正面进攻刘家庙，一路兵力绕戴家山、姑嫂村迂回革命军翼侧。革命军依托阵地，坚决抵抗。而张景良既不亲临前线指挥，又不给部队及时补充弹药，以致战不多久，部队弹药告罄，加之新兵不善于利用地形，部队伤亡过大，不得不从刘家庙逐步后撤，退守大智门一带。清军进至洋商跑马场。
当晚，湖北军政府召集会议，决定派炮队二营增援汉口，派工程营帮助驻汉口各部队赶筑和加固工事；并致电湘、赣、陕等省，请速出兵，支援武汉。这时，清廷已召荫昌回京，以袁世凯为钦差大臣，全权指挥武汉战事；冯国璋为第一军军统，段祺瑞为第二军军统，并由冯国璋亲往汉口督战。
28日上午，清军继续沿铁路向大智门猛扑，并以进占洋商跑马场之清军绕道三道桥，迂回革命军翼侧。时张景良又不在战地，革命军在无人统一指挥的情况下，各自为战，前仆后继，英勇顽强地抗击优势敌军的凌厉攻势。因后援不继，被迫从大智门后撤。据守歆生路的革命军，依托坚固房屋，进行顽强抗击，多次以肉搏战击退清军的进攻。
29日，清军以重炮轰击革命军炮兵阵地。由于革命军的炮兵目标暴露，火炮和人员损失很大。清军在优势炮火的支援下，不断向前推进，相继攻占了歆生路口及华商跑马场。革命军分别退守玉带门及歆生路以南街市。此后，双方展开了激烈的巷战。
在这几天的苦战中，革命军的领导骨干损失严重，代理第四协统领谢元恺、炮兵统带蔡德懋、敢死队队长马荣等先后牺牲，第二协统领何锡藩亦中弹受伤，张景良又藏匿不出（后因阴谋败露而被汉口军政分府负责人詹大悲处决），前线指挥乏人，部队士气开始涣散，部队被迫退守汉口市区，背靠长江和汉水，形势非常危急。
危急时刻，革命党人一直翘首期盼的黄兴于28日由上海到达汉口。黄兴是同盟会内仅次于孙中山的革命领袖，以军事才能著称。黄兴抵汉后，首先赶到武昌与黎元洪会晤，力主坚守汉口、汉阳，并毅然应承担当前线总指挥的重任，于当晚赶回汉口，在满春茶园组织了司令部。
黄兴亲临前线指挥，给士兵们以极大鼓舞，但局势仍然是严峻的。由于连日恶战，革命军中受过正规训练的士兵减员甚多，其余的多系新兵，有些甚至“连射击还未学会”，装备也较差。为了扭转不利局面，29日黄兴指挥各部反攻大智门。经过激烈战斗，曾一度击溃敌军，但紧接着大量的敌人援军赶到，革命军反攻未获成功。
10月31日，袁世凯抵信阳接任钦差大臣，令冯国璋集中兵力猛攻汉口。汉口的革命军依托歆生路一带的房屋树木，与清军逐屋逐段展开争夺战，使敌每前进一步都要遭受重大伤亡。冯国璋向袁世凯报告说：“匪炮向街中猛击，徒步匪人顽强抵抗，汉镇火愈猛，相持竟日。”“我军接续攻打，节节巷战，每攻一段，冒火蹈险，又为匪暗击，艰苦不可言状。”但是清军仍凭借优势兵力火力，节节向市内进逼。湖北军政府急将驻汉阳步兵第一协大部兵力及武昌辎重第二营调往汉口增援。
11月1日晨6时，清军从王家墩发起攻击，革命军依托堤防顽强抗击，使敌一时无法突破防线。上午10时左右，清军利用歆生路附近房屋作掩护，向革命军右翼逼近，同时用火炮轰击革命军防守的据点。革命军遭受重大损失，逐步后撤，黄兴率敢死队亲自督阵亦无效。清军为使革命军失去依托，竟采取焚烧街道的残酷办法向前推进。大火从歆生路花楼街一直烧到满春茶园，又从满春茶园烧至硚口，繁华的汉口市区顿时湮没在一片火海之中。
这时，驻守汉阳的第一协统领宋锡全擅自率部撤往岳阳（一说奉命撤退）。汉口的正面及左翼亦有少数革命军官兵借故退走。下午，汉口市区逐步被清军占领。黄兴见汉口革命军已被打散，无法挽回败局，遂决定退守汉阳，等待援军，再图恢复。11月1日，汉口失陷。此次争夺汉口之战，双方各死伤2000多人。
浴血汉阳
革命军和清军在汉口连日苦战，均甚疲劳，双方都需休整，作再战准备。此时“海琛”、“海容”、“海筹”等舰于11月1日宣布起义，驶抵九江，加入革命军，使清军的渡江作战增加了一定的困难。因此，暂时形成两军对峙的局面。
汉阳隔汉水与汉口南北相对，地势高而且险，部署在龟山上的炮火可以控制整个武汉。汉阳的得失，成为武汉争夺战的关键。
清军攻占汉口后，一面巩固阵地，一面调运枪械弹药及渡河器材，并继续调遣援军南下。冯国璋援引曾国藩与太平军作战时力争武昌的战例，指出：“昔日之势，重在武昌，武昌以洪山为扼塞，洪山失则武昌不守，顺流以取汉阳、汉口，如破竹耳。今日之战，则重在汉阳，汉阳之大别（龟山）诸山，俯瞰武汉，如釜底一丸，下掷则全城瓦碎，不待攻而自破矣。为今之计，惟有先取汉阳，为攻心之上策。”他决心先取汉阳，再攻武昌。经过10多天的准备，逐步完成了进攻部署。
但此时云南、贵州、浙江、江苏、安徽、广西、福建、广东等省已先后宣布独立，清廷正处在四面楚歌之中。面对全国迅猛发展的革命形势以及武汉革命党人在军事上的暂时挫折，老奸巨猾的袁世凯在帝国主义唆使下，派亲信于11月10日到武昌进行“和平”试探。因其坚持以君主立宪为停战议和条件，虽为黎元洪所接受，却被革命党人拒绝。袁世凯诱和不成，遂令冯国璋积极准备进攻汉阳。
汉口失陷后，湖北军政府内部对是否防守汉阳，进行了激烈的争论。最后决定固守汉阳，并电请起义各省迅速出兵，合攻清军。湖北军政府一面整顿队伍，组建新军；一面在汉水沿岸及险要地点加紧构筑工事，部署防御。黄兴于汉阳城西昭忠祠设司令部，全面部署汉阳防务。
当时清军总兵力已增至约3万人，而退驻汉阳的革命军不足5000人，经过补充，加上新从武昌调来的步兵第六协，兵力增至约1万多人。湖南援军王隆中、甘兴典两个步兵协（均不满员）于11月6日、9日先后开抵汉阳，总兵力始增至2万多人。但是部队中老兵伤亡严重，新兵居多。更为严重的是，革命党内部因不团结而难于协调行动，黄兴的指挥也无法做到令行禁止。 随着全国革命形势的发展，以及援军的到来和汉阳防务的逐步就绪，黄兴产生了急于收复汉口的思想。革命军内部在这个问题上存在严重分歧。孙武等人认为，部队新兵太多，缺乏训练，炮火不足，不能贸然出击汉口，应以坚守汉阳为宜。黄兴则认为，敌军主力已移至蔡甸一带准备进攻汉阳，汉口兵力较单薄，正是出其不意反攻汉口的大好时机，他轻信他的军事顾问大元大佐（日本人）关于汉口清军“不难击灭”的意见，并受王隆中声言如不反攻即率部返湘的要挟，决定反攻汉口，先发制人，以求打乱敌人的进攻计划。
在意见尚未统一的情况下，黄兴于11月16日夜督军反攻汉口。晚10时，反攻汉口作战开始。革命军主攻部队由琴断口通过浮桥，顺利到达汉水对岸。因连日阴雨，初次上阵的援鄂湘军对汉口地形不熟，部队在泥淖中艰难地摸索了一夜，第二天拂晓才进入阵地。
此时清军正在民房取暖，毫无戒备，在革命军的突然袭击下，惊慌失措，仓皇后退。上午9时许，湖南援军第一、二协进至居仁门一线，革命军第五协进至王家墩时，汉口清军已预备火车准备后撤，战斗形势对革命军十分有利。此时黄兴即令步兵第四协和第六协奋勇渡河，攻击清军左翼，以收夹击之效。但该两协在渡河时，遭到清军机关枪猛烈扫射，抢渡未成，没能达到牵制敌军的目的，使主攻部队失去了有力支援。
下午2时，清军援军赶到，在炮火及机枪火力掩护下，向革命军反击。革命军第二协及第五协在清军压力下，首先退却，牵动全线。黄兴大怒，下令后退者杀，但部队皆不听命，纷纷溃退。无奈之下，黄兴不得不率军退回汉阳。
此次反攻汉口的失利，使革命军伤亡800多人，丢失了大批枪械弹药，不仅没有达到预期目的，反使士气受到很大的挫伤，处境更加被动。事后，黎元洪派蒋翊武到汉阳慰勉黄兴，谓汉阳有襄河之险，且系武昌保障，仍要固守。此时之败不足虑也，一待各省援军齐到，再图恢复可耳。
黄兴召集军事会议，决定凭借汉水之险，固守汉阳。但是，黄兴对清军的进攻部署却作出了错误的判断。他认为清军主力在汉口龙王庙至玉带门一线，汉阳正面是敌人的主要进攻方向；对于从孝感、新沟南下，迂回侧击汉阳的大批清军，认为是敌人的牵制部队，未予足够重视，仅派少数步、骑兵前往蔡甸设防，这一错误判断对汉阳的防御作战影响很大。
冯国璋于11月20日按既定部署向汉阳发起进攻，以第四镇为左翼，从汉水正面渡江，直接进攻汉阳；以混成第十一协等为右翼，迂回汉阳翼侧。
清军右翼一部从新沟渡过汉水，未遭多大抵抗，即将汉阳的门户蔡甸占领，并迅速推进至汉阳以西的三眼桥附近。21日，清军由蔡甸渡河，革命军堵截未成，退守三眼桥。此时汉阳门户已失，完全处于被动防御的不利地位。此后数日，清军接连猛攻三眼桥，均被革命军击退。
清军在进攻三眼桥接连受挫后，遂集中兵力于琴断口方向，向美娘山发动猛攻，守山的援鄂湘军王隆中部奋勇抵抗，终因伤亡太多，23日下午1时阵地失守。黄兴闻讯，急派鄂军祁国钧和湘军杨万贵率敢死队队员百余人，趁敌人立足未稳，实施反击，使美娘山失而复得。
24日，清军陆续增兵于美娘山方向。凌晨，在炮兵支援下，很快攻占了美娘山、仙女山。黄兴鉴于仙女山之敌可以瞰制汉阳，侧击大别山，对汉阳威胁甚大，遂令预备队陆续投入战斗，进行反击。因有的部队不听指挥，以致未能奏效。革命军被迫退守锅底山、扁担山。经反复争夺，在清军的强大攻势下，锅底山、扁担山及磨子山又相继失守。
25日，革命军从各部队挑选敢死队员百余人，乘夜进行反击，夺回了磨子山。由刘玉堂率领的湖南援军一标，刚抵汉阳，亦立即投入战斗，夺回了扁担山。清军集中炮火向革命军射击，刘玉堂不幸中弹牺牲，部队相继溃散，磨子山、扁担山复被清军夺占。
至此，汉阳周围的制高点已大部为清军控制。革命军第一道防线全被突破，被迫退至十里铺一线。两路清军会合后继续向前平推。
26日，革命军在黑山、十里铺一线组织防御。但这一带地势平坦，无险可守，在各路清军进逼下，革命军伤亡惨重，下午4时左右，十里铺失守，革命军将领杨玺章、王殿甲阵亡。
27日清晨，清军突破第二道防线，沿大道向汉阳城推进。在汉口担任正面攻击的清军也渡过汉水，夺取了龟山炮台。留日士官生肖钟英、王佐才等眼见汉阳将要陷落，便组织敢死队渡江，在汉阳铁厂码头登岸，持枪杀敌，遭清军猛烈扫射，全部壮烈牺牲。
革命军腹背受敌，各部不听黄兴指挥，纷纷撤退。湖南援军第一协退往武昌，第二协从鹦鹉洲返回湖南。黎元洪得信，马上派人前去劝说，不久又亲自前往敦促，并许以高额酬劳，但湘军不听，径自退回湖南。黄兴见败局已定，遂下令将兵工厂的武器弹药运往武昌。27日下午，汉阳终告陷落。当日晚，黄兴从武昌乘船离鄂。
此次汉阳保卫战，革命军伤亡3300多人，清军亦死伤惨重。清军面对长江天险，又无海军支援（海军已在九江附近江面宣布站在革命军一边），同时为了给“和谈”留下余地，没有马上进攻武昌。武汉战场再次呈现隔江对峙的局面。
阳夏之役的意义
汉口、汉阳保卫战，革命军在作战指挥上有不少失误，诸如：偏重于从正面与兵力火力均占优势的清军争夺阵地和街道，未能充分利用道路分歧、街道纵横的特点，迂回侧击敌人；让内奸张景良充当前线指挥，并在已经发现其有渎职行为后仍不作断然处置；不顾主客观条件，贸然反攻汉口；将汉阳设防重点放在汉水岸边，未能以更多兵力控制翼侧和制高点，也未掌握足够的预备队，等等。这些，都是导致汉口、汉阳失守的重要原因。
历时1个多月的阳夏之役，是辛亥革命期间规模最大的一次战役。湖北革命军民和其它省援军共数万人，为了占领和保卫武汉三镇，英勇地进行了近50天的奋战，付出了巨大的牺牲。
此役打破了清政府妄想以北洋精锐之师，一举将革命起义扼杀在摇篮中的企图，有效地保卫了首义之区和第一个资产阶级革命政权，为全国人民树立了英勇抗敌的典范，同时拖住清军主力达1个多月，为这场反封建的资产阶级革命在全省乃至全国的发展赢得了宝贵的时间。因此，从武汉局部一隅来看，革命军虽然在战役中失利，但就全国范围而言，失败的却不是革命人民而是清朝反动统治者。