經過幾年的鬥爭，粵漢、川漢鐵路都歸由商辦以後，這兩條鐵路的股本雖然來自廣大的人民，但鐵路公司的權力卻把持在紳商即地主和資產階級手中。這些辦理鐵路的紳商，其腐敗與清朝政府的官僚也相差無幾。由於他們的貪汙浪費，鐵路股款已耗費很多，而鐵路的修築卻很少進展。這種情形也曾引起人民的不滿。但是，人民雖不滿意於紳商把持路政，而對清朝政府把路權賣與外國，則尤其反對。1911年初，清朝政府與英、美、法、德四國銀行團訂立借款合同，郵傳部大臣盛宣懷建議以借款為資本，實行鐵道國有政策。5月9日，清朝政府頒布了一道“上諭”，說什麽“幹路均歸國有，定為政策。”並威脅人民說：“如有不顧大體，故意擾亂路政，煽惑抵抗，則照違製論。”當然，清朝政府實行的所謂鐵道國有，實際上是把路權出賣給帝國主義，而便於那些親貴和官僚買辦如載澤和盛宣懷之流從中漁利。這批貪婪的家夥為了從人民手中奪取權利和財產，竟毫無顧忌地通過清朝政府於5月18日任命端方為“督辦粵漢、川漢鐵路大臣”，要他去強行接收四省鐵路公司；而於20日又與英、美、德、法四國簽訂“湖北、湖南兩省境內粵漢鐵路，湖北省境內川漢鐵路合同”，向帝國主義拍賣鐵路權利。清朝政府這一劫掠和賣國的行徑，立即激起了湖南、湖北、廣東和四川各階層人民的一致反對。
在此之前，清朝政府為了欺騙人民，緩和革命鬥爭，曾於1909年於北京設立資政院，於各省設立諮議埽。參加諮議局的人雖然絕大部分都是立憲派的士紳和上層資產階級分子，但由於清朝政府的鐵道國有政策，直接侵犯了他們的切身利益，所以他們便利用諮議局這個類似資產階級議會的機關來發起保路鬥爭。
首先起來反對的是湖南紳商。他們聚集在諮議局開會，並散發傳單，抨擊清朝政府借外債修路，喪失國家主權。學生們繼而罷課抗議，使鬥爭更趨激烈。湖南巡撫楊文鼎見民氣激昂，怕事態擴大，便奏請照前辦理；但清朝政府卻嚴加申斥，要他對人民的保路鬥爭實行鎮壓。
湖北人民的鬥爭更為尖銳。革命黨人詹大悲以“大亂者，救中國之藥石也”為題，在《大江報》上發表了鼓吹革命行動的文章。湖廣總督瑞澂逮捕了詹大悲，查封大江報》，於是各界人士數千人齊集諮議局開會，並有人斷指痛哭，大呼救國。他們推出的代表到北京請願時，曾經絕食三晝夜，表現了很大的鬥爭決心。
廣東粵漢鐵路的股東會議也一致反對把鐵路收歸國有。由於兩廣總督張鳴岐出示取消股東會議案，引起廣東人民更加憤慨，於是爭持紙幣擠兌，以為反抗。在反動統治的高壓下，股東們被迫逃至香港，組織保路會，繼續鬥爭。同盟會在香港出版的報紙《中國日報》及其他各報，都對鬥爭極力聲援，嚇得張鳴岐竟下令禁止港報入境。
四川人民的保路鬥爭不但十分激烈，而且更為廣泛和深入。當鐵道國有的“上諭”傳到四川的時候，四川人民憤慨異常。6月中，川漢鐵路股東代表在成都開會。當時會場上一片哭聲，情緒激昂，人們痛罵盛宣懷為賣國奴，郵傳部為賣國機關。會議當場決定成立保路同誌會，推立憲黨人蒲殿俊、羅綸為正副議長，並派員分四路出外遊說。接著，各縣保路同誌會次第成立，運動向全省發展，規模十分浩大。川省護理總督王人文見民情激憤，知道壓迫必致引起變端，特為奏請暫緩接收鐵路。昏庸殘暴的清朝政府不但對王人文嚴加申斥，並將其革職，而且還派遣了著名的劊子手趙爾豐繼任四川總督。趙爾豐以屠殺四川和西藏人民被稱為“趙屠戶”，他繼王人文而任川督，更引起四川人民的憤慨。與此同時，清朝政府又強行接收了川漢鐵路宜昌分公司，並要以川款繼續開工修路。這樣，清朝政府就不僅從人民手中奪去了路權，而且從人民手中劫去了股款，人民的憤怒愈加不能遏止了。於是自8月下旬起，成都人民開始罷市、罷課；至9月初，更進而實行抗糧抗捐。這時立憲黨人怕鬥爭發展下去會破壞封建秩序，力圖將運動加以控製。為此，蒲殿俊等曾發出告白，要人民隻求保路，不要反抗官府，更不可聚眾暴動。但是，廣大人民的革命鬥爭豈是少數立憲黨人所能控製得了的，何況還有革命黨人從中推動呢？同盟會雖然並沒有完全掌握這次運動的領導權，因而這次運動仍帶有很大的自發性；但有一些同盟會員曾經在運動中起過較大的作用，在一定程度上推動了這次運動的發展。例如龍鳴劍和王天傑（子驤）等同盟會員，一開始就看透了蒲殿俊等立憲黨人的本質，知道他們不敢觸及清朝政府的反動統治，因而除與他們共同進行合法鬥爭外，又暗地聯絡會黨，準備武裝起義。8月初，龍鳴劍、王天傑與哥老會首領秦載賡、羅子舟等於資州舉行會議，根據龍鳴劍提出的“明同暗鬥”的方針，決定組織同誌軍，發動武裝鬥爭。當成都人民開始實行罷市罷課鬥爭的時候，龍鳴劍跑到成都城南農事試驗場內，與朱國琛、曹篤等裁成木板數百片，寫上省城業已發難，望各地同誌速起救援的字樣，然後將木板塗以桐油，包上油紙，投入河中。這就是後來人們所樂道的“水電報”。這些“水電報”順著四通八達的河流漂去，下遊的人便知道了成都發難的消息，紛紛揭竿而起。9月7日，趙爾豐詭稱北京來電有好消息，將蒲殿俊、羅綸、顏楷、張瀾、鄧孝可等人騙至督署，加以逮捕；同時並封閉了鐵路公司。這一無恥行徑，立即激起了成都數萬人民，前往督署請願，要求釋放被捕者。趙爾豐又命令軍警開槍，當場打死群眾數十人，傷者不計其數。在趙爾豐的瘋狂鎮壓下，人民並未屈服，反而把鬥爭擴大了。不久之間，整個四川都沸騰起來，形成了波瀾壯闊的全省規模的帶有全民性的大起義。這時，過去威風凜凜、殺氣騰騰的趙爾豐，被四周各縣的同誌軍團團圍困，龜縮在成都城內，一籌莫展。而清朝政府也嚇得手忙腳亂，剛調用岑春煊入川宣撫，又下令端方派兵鎮壓。岑春煊雖也曾賣弄文墨，發出一篇娓娓動聽的文電，想以此收買人心，緩和局勢；但一則革命已成燎原之火，再也無法撲滅；再則端方之受命用兵，又把岑春煊所能起的那點欺騙作用，一掃而光；這樣一來，岑春煊走到漢口，也踟躕不敢前進了。至於端方，他麵對著四川人民起義的洶湧怒濤，本來也有些害怕，但既然參了趙爾豐一本，而清朝政府又一再督促，便隻得硬著頭皮，領著隊伍，冒冒失失地闖入四川。端方的領兵入川，不但更加激起四川人民的仇恨，使四川人民鬥爭的火焰愈益增高；而且鄂軍西調，武漢空虛，又給武漢的革命黨人造成了一個發動起義的絕好機會。後來武昌起義之所以能夠比較容易的成功，這是一個很重要的客觀條件。