其实早在武昌起义后不久，人们已经在谈孙中山必是革命的领袖了。孙中山回国之后，更是受到许多团体的拥护，他们纷纷致电南京各省代表：“请举孙中山先生为总统，以救国民，兆众一致，全体欢迎。”中山的回国也使同盟会内部达成一致，即选举孙中山为即将诞生的中华民国的临时大总统。同盟会在孙中山出任总统方面达成一致，但却在政体方式的选择上发生了论争。宋教仁主张采用法国的内阁制，孙中山主张美国的总统制。表面上看，这场争执只是政权形式之争，实际上是总统是否具有实权的问题。孙中山力排众议，说内阁制非目前所宜，我也不能做形同虚设的总统，以误革命大计。12月27日，在南京召开的各省代表会上，宋教仁依然提出内阁制，黄兴征询大家的意见，多数赞成总统制。12月29日，在南京的各省代表，开正式选举临时大总统会，开票结果，孙文得十六票，黄兴一票，孙中山当选为临时大总统。

1912年1月1日孙中山宣誓就职，他在就职誓词中说：“颠覆清朝专制政府，巩固中华民国，图谋民生幸福，此国民之公意，文实遵之，以忠于国，为众服务。至专制政府既倒，国内无变乱，民国卓立于世界，为列邦公认，斯时文当解临时大总统之职。”他还发布《临时大总统宣言书》，提出中华民国临时政府的任务是：“尽扫专制之流毒，确定共和，以达革命之宗旨。”规定对内方针是，实现民族统一、领土统一、军政统一、内治统一和财政统一，并定国号为“中华民国”，同时决定改用阳历。

随着孙中山宣誓就任南京临时政府临时大总统，依据《中华民国南京临时政府组织大纲》南京临时中央政府开始组建。1月3日代表大会通过了孙中山、黄兴提名的各部总次长名单（见下表），以五色旗为中华民国国旗。从临时政府的各部总长名单来看，同盟会会员为总长的只有三个部，即陆军部、外交部、教育部，但在次长名单中，除次长汤芗铭外，其余都是同盟会的重要骨干。而实际上，以立宪派和旧官僚出身的总长，大都没有应职，他们的职权由次长代理，因而南京政府被时人称为“次长内阁”。此外，临时政府秘书长胡汉民，法制局局长宋教仁等都是同盟会的重要干部。1月28日，南京临时参议院宣告成立，同盟会议员居绝大多数。由此可见，以孙中山为首的中国同盟会，控制了中华民国临时政府。南京临时政府，完全是按照美国模式建立起来的共和民主政府，不仅是一个资产阶级政府，而且是一个革命的政府。