11月3日夜上海光復的消息與翌日傳到浙江後，杭州全程軍民激動萬分，革命黨人立即決定與當日夜十二點發動起義，並分頭緊急通知各單位的革命同志。△，
由於浙江經過光復會的長期發動，革命的羣衆基層比較好，再加上鐵血救國黨的大量運作和活動，革命力量已經深入軍隊、工商業、教育界和會黨當中。就連巡防營、撫署衛隊、憲兵營和陸軍小學堂學生也大半贊成革命。
按照計劃，起義的口號爲“獨立”，所有參加的新軍士兵或其他人員一律左臂縛白布爲標誌，以第二十一鎮統制蔡國棟爲起義總指揮，以二十一鎮司令部爲起義指揮部。
11月4日夜晚，蔡國棟召集全鎮上下所有官兵，宣佈起義，並配發足額彈藥，第四十一協協統蕭星垣等人得知蔡國棟發動起義之後倉皇而逃，蔡國棟立即命令鐵血救國的軍官蔡成勳接替四十一協協統之位，命令八十一標標統周成炎率部從南星橋出發向杭州城進發，命第八十二標標統韓兆基率部從筧橋出發，向杭城挺進。又命第四十二協協統周傳東率部向浙江其他地區分頭進軍，以最快的速度奪取政權。
而駐紮在城內的工程營、憲兵大隊官兵很快打開艮山門、望江門新城門，迎接八十一標、八十二標起義士兵進城。
八十一標在進城之後很快接到了蔡國棟的命令，隨即命令二營佔領了自鬧市口至武林門沿大街通往旗營主要道武林門、錢塘門、涌金門、鬧市口、官巷口、衆安橋等地，包圍清兵旗營。三營迅速趕往設在報國寺的軍械局在。向軍械局發起了進攻，但駐守在軍械局的清軍巡防營未做抵抗便投降。三營佔領軍械局之後當即分兵對清兵旗營發起進攻。
八十二標起義士兵從望江門新城門進城後。第三營率全營官兵在革命黨人顧乃斌的引導下主攻巡撫衙門，第一、第二營即分頭佔領織造署和藩、道衙門及大清、浙江兩銀行。防守城南各地。革命黨人張伯歧和同盟會會員蔣志清帶領敢死隊，配合第三營起義土兵對撫署發起進攻。由於有蔡國棟在新軍中主持大局，同盟會、光復會等人在新軍中並沒多少勢力，全靠從各處網羅的一些會黨成員才能組織這一百多人的敢死隊。
這時，革命黨人王金髮也帶領敢死隊也趕來參加戰鬥。王金髮、張伯歧身先士卒，闖入撫署衛隊室，擊殺衛隊長，然後拋出信號彈，發出進攻信號。在進攻撫署的過程。僅衛隊教練官施放機關槍，進行阻擊，但立即被衛隊士兵奪去。起義士兵衝進撫署二堂。浙撫增韞越後牆逃跑，但很快被八十二標起義士兵所捕獲。王金髮指揮敢死隊隊員，要焚燬撫署，但是遭到起義新軍官兵的阻止。
蔣志清當衆要歷述增溫的罪狀，要將增韞就地正法以振軍心，震懾其他抵抗的清軍，就在他要殺增韞的時候。起義軍總指揮蔡國棟騎着高頭大馬在警衛營的護衛下趕過來阻止行刑。
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“住手，刀下留人！”蔡國棟大喝一聲飛身從戰馬上跳下，向巡撫衙門走過來。
劊子手停止砍頭，蔣志清臉上上前道：“總指揮。爲什麼不殺增韞？殺了他之後各地抵抗的清軍就會士氣大跌，這有助於我們迅速佔領各地！”
蔡國棟舉手阻止他繼續說下去，走過去將增韞扶起來。揭開捆綁他的繩索道：“大人受委屈了，請先進去休息片刻。我處理了這邊的事情就過去，來人。扶巡撫大人進去休息！”
極爲狼狽的增韞感激地看了蔡國棟一眼，很快有幾個士兵過來將增韞帶走。蔡國棟這才轉身對蔣志清說道：“我知道剛纔這位同盟會的蔣同志說的有一定的道理，殺了他固然可以讓我們更快的光復浙江各地，但是也同樣給我們增加了光復後建設家鄉的障礙，雖然說革命了，但是現在有多少人懂得革命呢？中國四萬萬人口有幾個識字的？有幾個懂得革命的道理的？在我們中國，識字的士大夫階層還佔據着知識分子的絕大多數，這些人的思想一時間沒有轉過彎來，需要我們給他們宣傳革命的道理，讓他們跟隨我們一起站起來革命，如此我們中國才能更快的趕超列強，而增韞是這些知識分子中的代表人物，說服他加入到我們中來，這對於我們革命事業有着重大的作用和意義，我希望諸位都想想，我們把腦袋別在褲腰帶上革命的目的是什麼？難道僅僅只是殺人嗎？殺人能解決問題嗎？革命不僅僅只是破壞，還有建設！我們革命的最終目的是建設一個嶄新而又強大的國家，讓廣大的人民能夠吃飽穿暖，家有盈餘，過上幸福的生活，讓我們不再被壓迫被剝削，不再被列強欺凌，讓我中國屹立於世界強國之林！”
蔡國棟這番話說進了所有起義士兵的心裡，從來沒有聽到過這麼振奮人心的道理，這番話爲所有人都指明瞭革命的方向，讓他們有了十足的動力。就連蔣志清這些同盟會和光復的骨幹們都忍不住熱淚盈眶。
“說得好！”
“說得太好了，我是心裡好像打開了一扇門！”
第二日拂曉時分，除了旗兵駐守的湖濱旗營外，杭州全城均爲起義士兵所佔領。全市大街小巷，白旗招展，安堵如常。蔡國棟與增韞致商量之後，讓增韞致函給杭州將軍德濟，要他速降，以免其死。德濟接到信件之後氣得大罵增韞不忠不孝，拒不出降。於是，八十一標炮營營長張國威率炮隊至吳山，架炮轟擊旗營，擊中將軍衙門，旗兵們大起恐慌，派參領貴林爲代表，赴起義軍司令部乞求繳械投降。八十一標標統周承菼出面接受貴林的請求，當天傍晚，派兵搜索旗營，點收槍支。至此，杭州全城宣告光復。
杭州光復之後，蔡國棟派人聯繫城內同盟會、光復會和立憲派以及工商界紳士代表們前往巡撫衙門商議成立軍政府事宜。
經過各方面會商擬定成立浙江軍政府，推舉著名實業家、政治活動家、立憲派領袖人物湯壽潛爲浙江軍政府都督，推舉蔡國棟爲副都督兼任軍政部部長，褚輔成爲政事部長，汪曼峰擔任民政部長，高子白擔任財政部長，湯爾和擔任外交部長，傅修齡擔任交通部長，陳良卿擔任總務長。其他各革命組織各有任命，只是幾個關鍵職位都被鐵血救國黨的人當任。
浙江軍政府成立之後，立即向全省各府傳檄歸附，在革命軍大軍的壓迫下，各府紛紛改換城頭黃龍旗，換成了共和旗幟。
在蕭震雷的指示下，蔡國棟將浙軍整編成兩個軍下轄四個師、一個獨立師和一個混成旅，第一軍由蔡成勳任軍長，羅山爲參謀長，韓德彪任政治委員，全軍一共兩萬九千人八百人，下轄第一師和第二師，其中八十一標整編成浙江第一師，由周成炎任師長，呂長金爲參謀長兼政治部主任，八十二標被整編成浙江第二師，由韓兆基任師長，陸開方任參謀長兼政治部主任。
第二軍由周傳東任軍長，古石東任參謀長，劉海江任政治委員，全軍三萬一千人，下轄第三師和第四師，八十三標被整編成浙江第三師，由董克強任師長，宋政和任參謀長兼政治部主任，第八十四標被整編成第四師，由黃英傑任師長，楊元良任參謀長兼政治部主任。
獨立第五師直接受軍政部統轄，由原第二十一鎮警衛標整編而成，師長孫明亮，參謀長錢衛學兼政治部主任，全師一萬兩千八百人。下轄三個步兵團、一個炮兵團、一個兵營營、一個輜重營、一個偵察營、一個騎兵營。
浙軍混成協由原浙江各地投誠和被俘的巡防營改編而成，由林成勇任旅長，謝劍銘任參謀長兼政治部主任，下轄兩個步兵團、一個炮兵營、一個輜重營、一個工兵營，每團下轄三個步兵營，全旅官兵七千二百餘人，由於這個混成旅是由各地巡防營和被俘的潰兵編成的，因此武器裝備方面雖然齊備，當都是使用清廷生產製造的漢陽造，只配備了少量的重火器和火炮，五個主力師是完全不能比的。
現在這些軍隊正在整編，五個主力師和一個混成協加起來一共達到了總兵力八萬一千人，但是現在只有兵力兩萬六千多人，也就是說還有五萬多人的缺額，這些人需要在全省各地招募，因此當整編的命令下來之後，各部隊長官迅速派人前往全省各地招募兵員，由於有光復之功，再加上革命宣傳到位，很多有志青年紛紛加入報名。
短短的不到半個月的時間就招收了三萬多人，其中第二軍最先得到兵力補充進行整編，因爲第二軍要北上與上海、江蘇和南洋第九鎮等這些軍隊組成江浙聯軍進攻江寧，所以第二軍最先成軍。