武汉保卫战开始于1911年10月18日，即武昌首义后的第9天，结束于11月27日，持续40天，而武昌首义为期不超过40小时。武昌首义中牺牲革命同志20多人，而武汉保卫战中牺牲的同志，据辛亥首义老人张难先估计，当在万人以上。其艰苦卓绝，可想而知。
武汉保卫战包括四个重要战役：一、刘家庙争夺战。从10月18日晨正式开始，到27日革命民军最后退出刘家庙止。民军开初大胜，将清军赶到三道桥以北。后来清军大举进攻，经过反复争夺，民军才于10月27日被迫退守大智门。二、汉口市区保卫战。紧接着刘家庙失守，清军逼近汉口市区，革命民军从27日在大智门设防抵御开始，到11月2日余部退到汉阳，前后共计7天。三、反攻汉口之战。11月16日黄昏，民军从汉阳琴断口渡过汉水，向驻汉口的清军发动反攻，到17日下午退回汉阳，时间只有一天，死军官57人、士兵800多人（其中不少是撤退时坠河溺死）。四、汉阳保卫战。从11月20日下午清军发动进攻开始，到11月27日下午汉阳失守，前后共8天。战斗主要在汉阳西部的三眼桥、美娘山、仙女山、锅底山、扁担山等地展开。革命党人为了保卫汉阳进行了拼死的争夺战。
40天的武汉保卫战，曾四易主帅
在武汉保卫战的40个日夜中，曾经四换主帅。前十天先后由何锡藩、张景良、姜明经指挥，后三十天由黄兴担任战时总司令。
10月18、19日的刘家庙之战，指挥者为分工驻守汉口的第二协统领何锡藩，取得了刘家庙大捷，把敌人逐到三道桥以北。据负责指挥河南援军的张锡元的报告，他率领的河南援军因此撤退到孝感。但是何锡藩却觉得自己无指挥能力，居然开枪把自己的手打伤，请求另派指挥官。结果黎元洪于10月19日改任张景良为汉口临时指挥。哪知张景良首鼠两端，不仅没有认真担当起前线指挥的责任，反而和清方秘密勾结，被汉口军政府现场抓获处决。湖北军政府只得再任命炮队统领姜明经为临时总指挥。这时汉口保卫战已处于激战阶段，接任仅几个小时，姜觉得难以挽回颓势，竟然以渡江请示为借口，擅离职守。前线指挥无人，只得由熊秉坤、胡效骞、甘绩熙、杨传连、伍正林等分五区防守。
正是在这个前线无主帅，“千军易得，一将难求”的紧要关头，黄兴于10月28日到达武汉。他行装甫卸，即前往都督府与黎元洪相见。黎元洪正苦于前线无人指挥，见黄兴到来，极表欢迎。并下令做了一面大旗，上写“黄兴到”三个大字，派人举着大旗，骑在马上，在武昌和汉口没有被清军攻占的地方跑了一圈。前线将士见黄兴到来，士气大振。11月2日，湖北军政府召开紧急会议，黄兴被正式举为中华民国军政府战时总司令。
黄兴为保卫武汉尽了全力
黄兴在每次督战中都英勇无畏。每次大战，他都是亲临前线，观测敌情，指挥部队实行恰当的攻防战术。即使枪炮子弹擦身而过，他也镇静自若，毫不介意。在汉阳保卫战的最后几天，据亲身陪伴的胡祖舜在《六十谈往》中说：“当两军之相持也，黄总司令逐日至前线，亲自指挥督战。余亦尝与俱，每见敌炮落在咫尺，黄少为之动，辄由随从人员强曳以避。其英勇之气，令人感佩不忘。”在反攻汉口战役中，据日本友人、军事顾问萱野长知在《中华民国革命密笈》中记述：当黄兴退到花园时，“在花园阵地庭前潜入了一个敌方的便衣人员，并拿着手枪对准黄兴的侧背。我用日本话喊了一声‘危险’！顿时黄兴拔刀把对方的头砍成两块了。”这里不只显示出黄兴英勇无畏的精神，而且表明他的机智非同寻常。令人十分感动的，还有他的毫无自私之念、一心为国为民的崇高情操。11月21日，正是汉阳保卫战进入决战的最危险时刻，他不但全力投入保卫汉阳之战，而且鼓励正在准备攻打南京的长子、19岁的黄一欧要不怕牺牲，奋勇作战。他写给一欧的家书就是八个字：“一欧爱儿：努力杀敌！”这封一字值千金的家书，不是常人那样谈论家事；也不是叮嘱他要爱护身体，而是鼓励他一心一意，“努力杀敌！”这是一种多么崇高的爱国热情啊！
黄兴对武汉保卫战的贡献，不止限于在武汉保卫战期间竭尽全力指挥战斗和防御，而且他以一个军事统帅的战略眼光，通盘筹划，为争取战争的胜利殚精竭虑。
武汉保卫战的成与败
经过40天的奋战，武汉保卫战以民军失败结束。武汉保卫战虽然失败了，但是以局部的失败，换来了全局的大胜利，换来了全国13省的独立光复，使清王朝不得不停战议和。这是战略上的大胜利。
民军虽然失去汉阳，却给予了清军沉重的打击。清军在攻占汉口、汉阳中的伤亡数字虽然没有公布，但从在前线指挥作战的冯国璋等人的报告中，多少可以觉察到清军受到的打击是相当沉重的。11月22日，冯国璋向内阁国防部报告说，第4镇共计目兵（兵卒中的小头领）5000多名，“十余战阵亡六十余名，负伤二百五十余名。前线延长，兵力单薄，计目兵空额连同阵亡空额并受伤者，共缺千余名，实不敷分布，恳设法补足，以增战力”。从中可知，民军固然伤亡很大，清军伤亡亦不少，足见民军对清军打击的沉重是不容低估的。
正是由于民军给予清军沉重的打击，加上全国各地纷纷起义独立，袁世凯深知单凭武力已不可能平定全国。而且北洋军是他的政治资本，如果每个地方都按武汉之战这种硬拼打法，其政治资本必将输光。届时无论对民军，还是对清廷皇室，他都将失去讨价还价的资本。所以在攻占汉阳之后，袁世凯即强令冯国璋停止攻打武昌，而通过英使朱尔典，向革命军提出停战议和。因此，从革命党人一方来说，正是由于有黄兴、黎元洪等人领导的武汉保卫战，才有后来的停战议和，才有中华民国的建立。
至于武汉保卫战最后失败的原因，黄兴在武昌召开的军事会议上说：“此次汉阳之役，非军队不多，非阵地不固，非弹药、粮秣不充足。其致败原因：第一、官长不用命；第二、军队无教育；第三、缺乏机关枪。有此三缺点，故每战失利。自第一次败退后，各兵士一闻机关枪声，极为惊慌。各官长亦畏避不前。屡次鼓励，皆不收效。最可惜者，鼓励一次，即多热心勇敢之士告奋勇前进。敌人用机关枪扫射，前者死，后者退，所以败也。若前者仆，后者继，未有不胜者。”黄兴的这一席话，自属实际情况。不过，归根结底，还是综合军力民军不及清军，加上战术上也存在一些缺陷，如未能采用灵活机动、以弱胜强的战略战术等等。