在广西期间，蔡锷一方面继续与老师梁启超保持联系，同时又不断接触谭人凤、李燮和黄兴等人，这对他本来偏向改良的观点不能不有所触动。1911年初，由已经调任云贵总督的李经羲推荐，蔡锷任云南新军第19镇第37军协统。
1911年10月10日，武昌起义爆发。在各地纷纷响应的形势下，蔡锷经过周密部署，于10月30日晚八时发动起义，到次日午前，占领省城。19镇统制钟麟同当场被杀，军事总参谋靳云鹏化装潜逃，云贵总督李经羲避入法国领事馆。云南起义成功，蔡锷被推为都督。此后，蔡锷在各负责部门换上同盟会员或同情革命的人，在财政、交通、教育等方面进行若干整顿，使云南面貌为之一变。蔡锷本人为官尤其清廉，他主动提出把自己月薪降到60元，仅相当于营长级薪金，这在各省都督中是最低的。
由于受中央集权思想影响较深，蔡锷此时对革命派和袁世凯均无深刻认识，因此，曾支持袁出任总统。在1913年的“二次革命”中，也倾向于袁，并尊袁令入川围剿熊克武，虽未交锋，但此时他的态度还没有倾向革命派。
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