经过几年的斗争，粤汉、川汉铁路都归由商办以后，这两条铁路的股本虽然来自广大的人民，但铁路公司的权力却把持在绅商即地主和資产阶级手中。这些办理铁路的紳商，其腐败与清朝政府的官僚也相差无几。由于他们的贪污浪费，铁路股款已耗费很多，而铁路的修筑却很少进展。这种情形也曾引起人民的不满。但是，人民虽不满意于绅商把持路政，而对清朝政府把路权卖与外国，则尤其反对。1911年初，清朝政府与英、美、法、德四国银行团订立借款合同，邮传部大臣盛宣怀建议以借款为资本，实行铁道国有政策。5月9日，清朝政府颁布了一道“上谕”，说什么“干路均归国有，定为政策。”并威胁人民说：“如有不顾大体，故意扰乱路政，煽惑抵抗，则照违制论。”当然，清朝政府实行的所谓铁道国有，实际上是把路权出卖给帝国主义，而便于那些亲贵和官僚买办如载泽和盛宣怀之流从中渔利。这批贪婪的家伙为了从人民手中夺取权利和财产，竟毫无顾忌地通过清朝政府于5月18日任命端方为“督办粵汉、川汉铁路大臣”，要他去强行接收四省铁路公司；而于20日又与英、美、德、法四国签订“湖北、湖南两省境内粵汉铁路，湖北省境内川汉铁路合同”，向帝国主义拍卖铁路权利。清朝政府这一劫掠和卖国的行径，立即激起了湖南、湖北、广东和四川各阶层人民的一致反对。
在此之前，清朝政府为了欺骗人民，缓和革命斗争，曾于1909年于北京设立资政院，于各省设立谘议埽。参加谘议局的人虽然绝大部分都是立宪派的士绅和上层资产阶级分子，但由于清朝政府的铁道国有政策，直接侵犯了他们的切身利益，所以他们便利用谘议局这个类似资产阶级议会的机关来发起保路斗争。
首先起来反对的是湖南绅商。他们聚集在谘议局开会，并散发传单，抨击清朝政府借外债修路，丧失国家主权。学生们继而罢课抗议，使斗争更趋激烈。湖南巡抚杨文鼎见民气激昂，怕事态扩大，便奏请照前办理；但清朝政府却严加申斥，要他对人民的保路斗争实行镇压。
湖北人民的斗争更为尖锐。革命党人詹大悲以“大乱者，救中国之药石也”为题，在《大江报》上发表了鼓吹革命行动的文章。湖广总督瑞澂逮捕了詹大悲，查封大江报》，于是各界人士数千人齐集谘议局开会，并有人断指痛哭，大呼救国。他们推出的代表到北京请愿时，曾经绝食三昼夜，表现了很大的斗争决心。
广东粤汉铁路的股东会议也一致反对把铁路收归国有。由于两广总督张鸣岐出示取消股东会议案，引起广东人民更加愤慨，于是争持纸币挤兑，以为反抗。在反动统治的高压下，股东们被迫逃至香港，组织保路会，继续斗争。同盟会在香港出版的报纸《中国日报》及其他各报，都对斗争极力声援，吓得张鸣岐竟下令禁止港报入境。
四川人民的保路斗争不但十分激烈，而且更为广泛和深入。当铁道国有的“上谕”传到四川的时候，四川人民愤慨异常。6月中，川汉铁路股东代表在成都开会。当时会场上一片哭声，情绪激昂，人们痛骂盛宣怀为卖国奴，邮传部为卖国机关。会议当场决定成立保路同志会，推立宪党人蒲殿俊、罗纶为正副议长，并派员分四路出外游说。接着，各县保路同志会次第成立，运动向全省发展，规模十分浩大。川省护理总督王人文见民情激愤，知道压迫必致引起变端，特为奏请暂缓接收铁路。昏庸残暴的清朝政府不但对王人文严加申斥，并将其革职，而且还派遣了著名的刽子手赵尔丰继任四川总督。赵尔丰以屠杀四川和西藏人民被称为“赵屠户”，他继王人文而任川督，更引起四川人民的愤慨。与此同时，清朝政府又强行接收了川汉铁路宜昌分公司，并要以川款继续开工修路。这样，清朝政府就不仅从人民手中夺去了路权，而且从人民手中劫去了股款，人民的愤怒愈加不能遏止了。于是自8月下旬起，成都人民开始罢市、罢课；至9月初，更进而实行抗粮抗捐。这时立宪党人怕斗争发展下去会破坏封建秩序，力图将运动加以控制。为此，蒲殿俊等曾发出告白，要人民只求保路，不要反抗官府，更不可聚众暴动。但是，广大人民的革命斗争岂是少数立宪党人所能控制得了的，何况还有革命党人从中推动呢？同盟会虽然并没有完全掌握这次运动的领导权，因而这次运动仍带有很大的自发性；但有一些同盟会员曾经在运动中起过较大的作用，在一定程度上推动了这次运动的发展。例如龙鸣剑和王天杰（子骧）等同盟会员，一开始就看透了蒲殿俊等立宪党人的本质，知道他们不敢触及清朝政府的反动统治，因而除与他们共同进行合法斗争外，又暗地联络会党，准备武装起义。8月初，龙鸣剑、王天杰与哥老会首领秦载赓、罗子舟等于资州举行会议，根据龙鸣剑提出的“明同暗斗”的方针，决定组织同志军，发动武装斗争。当成都人民开始实行罢市罢课斗争的时候，龙鸣剑跑到成都城南农事试验场内，与朱国琛、曹笃等裁成木板数百片，写上省城业已发难，望各地同志速起救援的字样，然后将木板涂以桐油，包上油纸，投入河中。这就是后来人们所乐道的“水电报”。这些“水电报”顺着四通八达的河流漂去，下游的人便知道了成都发难的消息，纷纷揭竿而起。9月7日，赵尔丰诡称北京来电有好消息，将蒲殿俊、罗纶、颜楷、张澜、邓孝可等人骗至督署，加以逮捕；同时并封闭了铁路公司。这一无耻行径，立即激起了成都数万人民，前往督署请愿，要求释放被捕者。赵尔丰又命令军警开枪，当场打死群众数十人，伤者不计其数。在赵尔丰的疯狂镇压下，人民并未屈服，反而把斗争扩大了。不久之间，整个四川都沸腾起来，形成了波澜壮阔的全省规模的带有全民性的大起义。这时，过去威风凛凛、杀气腾腾的赵尔丰，被四周各县的同志军团团围困，龟缩在成都城内，一筹莫展。而清朝政府也吓得手忙脚乱，刚调用岑春煊入川宣抚，又下令端方派兵镇压。岑春煊虽也曾卖弄文墨，发出一篇娓娓动听的文电，想以此收买人心，缓和局势；但一则革命已成燎原之火，再也无法扑灭；再则端方之受命用兵，又把岑春煊所能起的那点欺骗作用，一扫而光；这样一来，岑春煊走到汉口，也踟蹰不敢前进了。至于端方，他面对着四川人民起义的汹涌怒涛，本来也有些害怕，但既然参了赵尔丰一本，而清朝政府又一再督促，便只得硬着头皮，领着队伍，冒冒失失地闯入四川。端方的领兵入川，不但更加激起四川人民的仇恨，使四川人民斗争的火焰愈益增高；而且鄂军西调，武汉空虚，又给武汉的革命党人造成了一个发动起义的绝好机会。后来武昌起义之所以能够比较容易的成功，这是一个很重要的客观条件。