1911年10月10月，武昌起义爆发，黄兴率先赶到武汉，担任革命军战时总司令，指挥起义军与清军激战，为武昌起义的胜利做出了卓越的贡献。随后，在南京临时政府成立后，孙中山为临时大总统，黄兴为陆军总长。随后，袁世凯担任中华民国总统，孙中山和黄兴只能靠边站。袁世凯先是任命黄兴为无实权的参谋总长。黄兴辞不就任，袁世凯随后任命黄兴为南京留守府留守。不久之后，黄兴又为川汉铁路督办一职，跟孙中山先生一起去走实业救国的道路。
紧接着，发生了宋教仁案，孙中山主张兴师讨袁，黄兴则认为南方各省意见不统一，革命力量薄弱，主张法律解决。随后，孙中山兴师讨袁，二次革命爆发，黄兴为江苏讨袁军司令。由于讨袁军一部分军队被袁氏用金钱收买，发生内变，讨伐袁失败，黄兴与孙中山等人又只好再次流亡日本。事后，孙中山认为有些人不听从他的指挥，错失良机，导致二次革命失败，对黄兴多有责难。
随后，孙中山在日本要改组国民党为中华革命党，要求入党时要按指纹，并且要宣誓服从孙中山的命令。黄兴与孙中山意见不合，拒绝加入，前往美国，在美国发起抵制袁世凯向美国借款的运动。1915年，袁世凯称帝，黄兴派人协助蔡锷将军出逃北京，发动护国战争。黄兴四处奔走，动员社会名流和地方将领反对袁世凯称帝，并且在南洋筹款接济云南护国军。袁世凯死后，黄兴回国，同孙中山恢复了往日的亲密关系。
由于长期为革命事业奔波，积劳成疾。1916年10月10日，黄兴因胃出血入院。10月31日，黄兴因食道与胃静脉曲张破裂出血，吐血而死，终年42岁。根据其死前多次大量吐血以及肝肿大所推测，为肝硬化常见之并发症。1917年4月15日，黄兴被国葬于长沙岳麓山云麓峰下小月亮坪。
