镇南关起义后，孙中山在河内的行踪被清廷探知，他们要求法国当局将孙中山驱逐出越。1908年3月，孙中山离开河内，经西贡赴新加坡。又过起了“处处无家处处家”的海上漂流生活。
此后还有1908年3月的广东钦州、廉州和广西上思起义；4—6月的云南河口起义，加上前面的六次，粤、桂、滇八次起义都告失败。但孙中山从不为一时的失败而动摇自己的信念。他坚信：“吾党经一次失败即多一次进步。”而此时的清王朝已处于风雨飘摇之中，边疆和内陆的义举接二连三，遥相呼应；光绪皇帝在涵元殿卧床不起，病入膏肓；74岁的慈禧太后在革命炮火中，也感到自己的末日来临。8月，迫于形势，清政府公布了宪法大纲、议院选举法要领等，定预备立宪期为9年，但这已经无法挽回清廷日益临近的死亡。
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继续论战保皇派
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在孙中山为革命奔走的同时，康梁的保皇党也没有停止他们的活动。
1906年夏天，“保皇党”筹备改组政党，将组织定名为“帝国宪政会”，得到满清权贵的支助，后来闹了分裂。自同盟会成立以来，革命形势发展迅速，梁启超则意图筹组新党，与海外保皇会另成系统，杨度、张謇、郑孝胥、熊希龄等都是梁启超所物色的人选；袁世凯、端方、赵尔巽等满清权贵为其暗中赞助人，意欲拥戴载沣、载泽为正副总裁。梁启超认为，在革命党人已蔓延全国的情况下，他必须尽全力一争，甚至认为“今者我党与政府死战，犹是第二义，与革党死战，乃是第一义，有彼则无我，有我则无彼”。
梁启超在“保皇党”机关报《新民丛报》对孙中山提出的“民生主义”大事抨击。《民报》也立即与他展开论战，当时民报已出刊十号，梁启超痛感穷于应付，受梁之托的徐应奎于是前往游说《民报》主编章太炎，又拜访宋教仁，说梁“已改变方针，其保皇会已改为国民立宪会矣，君可与《民报》社相商，以后和平发言，不互相攻击。
宋教仁将此番话告知孙中山与胡汉民，但两人皆不以为然。因政见迥异，两派论战依旧如火如荼进行。
1907年10月17日梁启超等在东京成立“政闻社”，以配合清政府的“预备立宪”。举行成立仪式时，张继率领革命党员出席。当梁启超致词时提到朝廷下诏，实行君主立宪时，张继等人上前，将会议捣散。保皇派与革命派之间，已由文攻转为武斗了。
1908年9月11日，“保皇党”机关报《南洋总汇报》记者以“平实”的笔名，发表《论革命不可强为主张》的文章，提出革命不能行于今日，以及革命足以瓜分中国的看法。孙中山也以“南洋小学生”的笔名，在新加坡《中兴日报》上发表《平实开口便错》一文，指出：“时势者，纯乎人事之变迁也；革命者，大圣人大英雄能为，常人亦能为”。9月12日，孙中山再发表《论惧革命召瓜分者乃不识时务者也》一文，引土耳其、摩洛哥为证，指出革命决不招致瓜分。论战辨明了真理，最终就连新加坡保皇分会会长、侨商中向保皇党捐钱最多的邱菽园也与保皇党脱离了关系，并在报上批评康有为。
算起来，这已是革命党人与保皇党人的第3次论战，这次论战在海外引起很大反响，当时南洋、香港甚至日本的报纸，几乎天天都有关于中国前途大论战的文章，从某种角度可以说，这次论战决定了中国的政治前途和命运。
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第一次倒孙风潮
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同盟会成立后，革命内部出现了分裂，章太炎、陶成章、张继、刘师培等掀起倒孙风潮，无疑使艰难的革命雪上加霜，孙中山又面临一场新的考验……
促使同盟会分裂的导火线，是孙中山离日时所接受的捐款。据日本方面记载：经与外务省政务局长山座圆次郎会商结果，以孙中山3年以后可以重返日本为条件，由山座给一笔7000元的离开费用。就在孙中山离开日本的当天，革命派内部传出“孙文被日本人收买”的责难声。
第一次倒孙风潮的主角是同为革命党人的《民报》主编章太炎。
当日本政府被迫下令驱逐孙中山时，同情革命的日本股票商人铃木久五郎也赠送了一万元，孙中山拨了2000元交给章太炎作为《民报》经费，但章太炎嫌太少。这时，章太炎等人又听说了日本政府赠款以“换取”孙中山永远离境的传闻，张继、刘师培也加入到责难孙中山的队伍中，声讨孙中山“受贿”、“被收买”。
章太炎不喜欢孙中山，这是公开的秘密，对孙中山的领导地位，他从心里也没有认可。这一次，章太炎更是把挂在民报社的孙中山相片撕下来，批上“卖《民报》之孙文应即撤去”几个字，寄到同盟会香港分会，表示羞辱孙中山。
一时间，同盟会本部议论纷起，闹得不可开交。正在这时，黄冈起义、七女湖起义失败的消息陆续传到东京。同盟会内部的矛盾，犹如干柴遇烈火，火上再加油，终于掀起了第一次倒孙风潮。
反对孙中山的人日益增多，张继等于是催促同盟会庶务干事刘揆一召集大会，罢免孙中山，改选黄兴为总理。
一波未平，一波又起。1907年6月17日，为筹备钦、廉起义，孙中山派萱野长知回日本购买武器。在宫崎寅藏帮助下，购得村田式快枪2000支，子弹120万发。村田式快枪在日本虽说已经落后，但在当时的中国，还不失为先进武器。这事，本来是无可非议的，但给平山周他们知道了，转告了章太炎，立即又掀起了一场风波。
章太炎大吵大嚷：“孙某所购的村田式军火在日本老早不用了，用到中国去不是使同志白白丢了性命吗？可见得孙某实在不是道理，我们要破坏他！”他出于意气，用民报社名义明码电告香港《中国日报》：“械劣难用，请停止另购。”购械计划由此搁浅。
冯自由连忙将这件事转告孙中山。购买枪弹事属军事秘密，章太炎竟以明码泄露。孙中山非常气恼，便令胡汉民写信给东京同盟会本部，谴责章太炎。接着，又派林文返回东京，禁止章太炎、宋教仁再干预军事。
1907年初，黄兴曾因国旗图式问题也与孙中山发生过争执。孙中山主张沿用兴中会的青天白日旗，黄兴则认为青天白日旗与日本旗相近，“有日本并华之象”，必须迅速毁弃。黄兴的坚决态度让孙中山也很激动，争论中，他厉声说：“仆在南洋，托命于是旗者数万人，欲毁之，先摈仆可也。”黄兴也因而激动起来，发誓要退出同盟会。但冷静下来后，黄兴接受了孙中山的方案，他致书胡汉民说：“余今为党与大局，已勉强从先生意耳！”
尽管国旗风波没有使孙黄关系破裂，但是，却在孙中山和宋教仁之间投下了阴影。宋教仁本来就认为孙中山“待人做事，近于专制跋扈”，闻知此事，宋对孙中山更加不满。1907年3月1日，宋教仁向孙中山辞去了孙盟会庶务干事一职，并一度加入到倒孙行列中。
但紧要关头，被章太炎、刘师培拥戴的黄兴从革命大局出发表现出了高姿态。他回刘揆一说：“革命为党员生死问题，而非个人名位问题。孙总理德高望重，诸君如求革命得以成功，乞勿误会而倾心拥护，且免陷兴于不义。”由于黄兴拒任同盟会总理，东京的倒孙风潮暂时平息下来，但双方的对立情绪仍然存在。这年7月6日，光复会会员徐锡麟在安庆发动起义失败，清吏在审讯时问及行刺是否为孙文指使，徐锡麟答道：“我与孙文宗旨不合，他亦不配使我行刺。”在此之前，徐锡麟因为与孙中山“宗旨不合”而拒绝加入同盟会，这也反映出光复会领导人对孙中山远非一般的不满。
风潮虽然暂时平息了，但却给同盟会留下了难以愈合的创伤。风潮之后，孙中山对东京同盟会本部持冷淡态度。章太炎则对中国革命感到迷茫、失望，醉心于佛教，想到印度去当和尚。张继、刘师培则提倡无政府主义，否定三民主义。
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第二次倒孙风潮
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1909年，章太炎、陶成章掀起了第二次倒孙风潮，终于使同盟会走上了分裂的道路。
这一次由陶成章而起。
1908年9月，陶成章远赴新加坡，此行目的有二：一是为民报的继续生存筹款，二是为筹备中的五省革命协会募集经费。
自第一次“倒孙风潮”之后，伤心失望的孙中山将热情和心血都投到南洋方面，对东京同盟会愈来愈冷淡，而《民报》在章太炎的主持下，渐渐倾向于谈论国粹与佛学，失去了对最热点问题的关注，销路锐减，经费紧张。
来到新加坡后，陶成章提出拨3000元给《民报》作经费。孙中山无款可拨，把自己的手表等物变卖，给陶以支持。陶成章又要求筹五万元回浙江办事，孙中山则表态“近日南洋经济恐慌”，很难办到。
陶成章于是决计“独自经营”，他带着孙中山的介绍信到缅甸仰光、槟榔屿等地，以江、浙、皖、赣、闽五省革命军的名义筹饷。可是，那些地方的华侨认捐都很少，常常仅仅是二三百元，陶成章便怀疑是孙中山从中作梗。
陶成章开始公然与孙中山对立，声称河口起义所用军费不过1000多元，孙中山将各地同志的捐款攫为己有，家中发了大财。接着，陶成章以七省同志的名义起草了《孙文罪状》。
《孙文罪状》指责孙中山在汇丰银行储款20万；孙眉在九龙建造房屋，是由孙中山汇款助建；罗列孙中山“谎骗营私”，有“残害同志”、“蒙蔽同志”、“败坏全体名誉”等“罪状”3种12项；提出善后办法9条，要求“开除孙文总理之名，发表罪状，遍告海内外”。
陶成章带着这份《孙文罪状》，跑回东京，找到了黄兴，要求同盟会本部开会讨论。但被黄兴断然拒绝。
陶成章的反孙行为将章太炎再一次激发起来。章太炎也印发传单《伪〈民报〉检举状》，分送南洋，美洲各地、攻击孙中山“怀挟巨资，而用之公务者十不及一”。
1910年2月，章太炎、陶成章便从同盟会分裂出来，公然在东京成立光复会总部，章太炎为会长，陶成章为副会长，李文和为南部执行员。一时间，光复会势力在南洋迅速蔓延，大有取代同盟会之势。正在法国的张继，也吵吵嚷嚷地要求孙中山“退隐深山”，或“布告天下，辞退同盟会总理”。
对孙中山来说，来自于同一阵垒的人的攻击和倒戈，比敌人的炮火镇压更可怕。长期以来，孙中山把实际领导起义的工作交给黄兴等人，自己的工作重心则是在华侨中募集起义经费。陶、章所散布的舆论，对他工作造成的危害可想而知。
但作为一个伟大的革命者，孙中山有着经历种种挫折而不气馁的高贵品质。孙中山一边致函吴稚晖，要求他在巴黎《新世纪》上撰文“加以公道之评判”；一边写信给张继，拒绝他的无理要求。
在此关头，黄兴再一次表达了对孙中山坚定的支持。在东京，他致书孙中山，表示“陶等虽悍，弟当以身力拒之”，要求美洲同志，趁孙中山来美之机，“相与同心协力，以谋团体之进步，致大业于成功”。
为了消除误会和影响，南洋同盟会派人去九龙调查了孙中山的经济情况，发现“先生九龙的家里，只有母亲，自己的夫人和女儿，几间旧房子，此外别无所有。还有先生的哥哥，是自己修了草房子，在那里耕种。假使先生为革命发了财，把钱寄到家里去，为什么家里的房子，家里的人，还是这样蹩脚呢？”南洋同志切实调查以后，就把实情宣布，这是一个很有力的反证。“南洋华侨对于先生的信仰，更为坚确，毫无动摇之余地”。
对孙中山来说，未知的革命之旅充满了各种艰难险阻，令人欣慰的是，孙中山并没有被骂倒，被吓怕，反而相当大度地表示，党有内讧时，既是“艰危困苦之时代”，也是“吾人当努力进取之时代”。的确，孙中山正是在经历了一次又一次的考验之后，才赢来了共和来临的“佳境”。
“倒孙风潮”终告平息，同盟会的内讧却造成了无法弥合的裂痕，两位革命党的泰山北斗孙中山与章太炎由同仇敌忾的战友一变而为不共戴天的冤家对头。尔后两三年间，章太炎纠缠不休，撰文多番攻击孙中山，诋毁孙中山是“背本忘初”的“小人”；孙中山素具雅量，也受不住他这般不依不饶的缠斗，终于大动肝火，痛詈章太炎是“丧心病狂”的“陋儒”。双方谩骂之际，已失去必要的理智。而刘师培对孙中山的反感更激化为鄙夷和仇恨。他本人也将自己脱离革命阵营的缘由归结为“失望”二字。他说：“东渡以后，察其隐情，遂大悟往日革命之非。”所谓“隐情”即指革命党人在公生活与私生活两方面的缺失。1908年冬，回到上海的刘师培出卖了同盟会会员，又投入端方幕中，最终完全投向清廷。
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自古忠孝不能两全
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1908年11月14日，光绪皇帝突然死亡。次日，慈禧太后也一命呜呼。光绪皇帝无子，由他的侄儿溥仪继承帝位，年号宣统。溥仪年仅3岁，他的父亲肃亲王载沣以摄政王的身份执掌朝政。清朝已进入它最后的挣扎。
孙中山估计到“虏家子母相继死亡，人心必大动，时局可为”，1909年5月，孙中山由新加坡启程赴欧洲，他希望“运动于欧美大资本家”，可是，这趟欧洲之行并不顺利。10月底，孙中山离开伦敦赴美国，在那里成立了同盟会纽约分会。期间，又为黄兴与胡汉民的军事起义募得8000元捐款。
1910年5月，孙中山决定秘密回日本，与黄兴等人会晤，研究起义之事。日本方面为此专门召开内阁会议，商讨对策，最终决定表面上由横滨警长劝令孙中山出境，但暗地里让孙中山改名在日本作短暂停留。6月11日，化名为Dokas、Dr. Alaha的孙中山秘密到达东京，住在宫崎寅藏家一直到6月24日。宫崎寅藏夫人回忆：
此时孙先生的令兄也因在夏威夷的事业衰落而来到日本，和孙先生同住在我们家里。孙先生说带来点礼物，拿出占领广州时所发行的两枚银币和一些军票送给我。随后，他脱下汗渍斑斑的制服，里面穿的竟是我五六年前在穷困中缝做与洗烫的单衫。
一生摆脱不开穷神的纠缠，是中国革命家的常事。孙先生穷，我们也穷。为了迎接远来的贵客，虽然想烧一澡堂的水为他洗尘，却又无煤无柴。只好打发孩子们到隔壁的空房子捡拾一些木片回来，才把澡堂的水烧好，让两位孙先生洗了一个澡。
正在筹备再发动一次大起义的孙中山又马不停蹄地离开日本，先抵达新加坡，再奔赴槟榔屿，准备改善那里工作进展迟缓的状况，振奋大家精神。
1910年7月19日（阴历六月十三），正在由新加坡到槟榔屿路上的孙中山，接到母亲杨太夫人在香港九龙去世的噩耗。巧合的是，去世之日也正好是杨太夫人83岁寿辰，生辰卒日为同月同日，这极少遇到。
1895年，孙中山领导的第一次广州起义失败，陆皓东等人英勇就义。孙家家中田产房屋被清政府封没。孙中山在香港委托陆皓东的侄子陆灿将母亲杨太夫人、妻子卢慕贞和孩子带到夏威夷，交给哥哥孙眉照管。杨太夫人因为自己最喜欢的小儿子的革命生涯而不得不饱受艰难。1907年，孙眉带领全家迁居香港。
1903年，孙中山因为同保皇党人进行论战而赴檀香山，忙于公务的他只能抽空去茂宜岛看望自己的母亲杨太夫人、哥哥孙眉、妻子卢慕贞和儿女，此时杨太夫人年事已高。这么多年，孙中山一直在为革命奔走，不能在家赡养尽孝。而且，由于他革命的原因，母亲在年迈之时无法遵循中国人传统，叶落归根，而一直背井离乡。但因为孙中山仍然是清政府通缉的要犯，香港也禁止孙中山入境。母亲去世后，孙中山只好委托在香港的同志罗延年帮助料理丧事。杨太夫人被安葬在新界西贡濠涌白花林，墓碑题“香邑孙门杨氏太君墓”。无法为母亲奔丧，尽最后的孝道，是孙中山终生之遗憾。
实际上，孙家一家人都为孙中山的革命事业付出了巨大的牺牲。
孙眉也因为他的革命倾其所有资产直至破产。1906年冬，在回击章太炎和陶成章的攻击时，孙中山在吴稚晖所办的《新世纪报》发表声明，在为自己辩护的同时，对于胞兄孙眉多年来对自己革命的支持，也多有描述：
当日图广州之革命，以资助者，因无几人也，所得助者，香港一二人出资数千，檀香山人亦出资数千，合计不过万余耳。而数年之经营，数省之联络，及于羊城失事时所发现之实迹，已非万余金所能者也，则人皆知之。其余之财，来自何乎？皆我兄及我所出也……自此，我一人之财力已尽，而缓急皆赖家兄之接济，而妻子俯畜，亦家兄任之。是从事革命十余年来，所费资财，多我兄弟二人行之。所得自国人及日本人之资助者，前后共不过四五万元耳。……若为图利计，我亦何乐于革命，而致失我固有之地位，失我固有之资财，折我兄之恒产耶？（两年前家兄在檀已艰穷破产。其原因皆以资助革命运动之用，浮财已尽，则以恒产抵借贷，到期无偿，为债主拍卖其产业，今迁居香港，寄人篱下，以耕种为活，而近因租价未定，又将为地主所逐……）此庚子以前，我从事革命事业，关于一人得失之结果也。
这个声明生动地说明了孙眉为支持革命而倾尽家财的经过与事实，也令外界对多年默默无闻的幕后英雄孙眉充满了敬意。
1909年，已贫困破产的孙眉也加入到革命队伍中，成为同盟会南方支部的副支部长。中华民国成立后，广东都督陈炯明多次声言辞去都督一职，广东党政军各社团纷纷各自选举都督，其中以推举孙眉为多，教育总长蔡元培更是热心支持此议。但孙中山亲自致电大哥孙眉加以劝阻。据说孙眉起初还颇为不满，但后来深知局势之复杂，表示与孙中山立场一致，支持胞弟的工作。
1913年，二次革命失败，孙中山流亡日本，孙眉自故乡移居澳门。1915年2月11日，孙眉病逝于澳门，享年62岁。孙中山闻耗极为悲痛，但鉴于实际，仍然无法亲自主持其兄丧事。这位识文不多，但一生赤诚为国为革命立下汗马之功的功臣，眼见革命成果被袁世凯窃取，忧愤成疾，抑郁而逝，实可惋惜。1935年4月，中国国民党中央执行委员会决议以国币一万元将孙眉遗骸迁葬于翠亨村迳仔朗山，并立碑刻辞以表彰他为民国所作的贡献，汪精卫撰写碑文。
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广州起义，革命的前奏
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从1907年5月的潮州黄冈起义开始，到1908年5月云南河口起义的失败，孙中山在粤、桂、滇边境连续发动了6次武装起义，在这些起义中，孙中山把会党作为起义主力的思想非常明显。
金冲及、胡绳武在《辛亥革命史稿》中对孙中山依靠会党发动武装起义一事，作了深刻分析。两位学者认为，中国近代的会党，主要是以游民、流氓无产者为主体的，优点在于这些人都处于社会底层，对社会现实有着强烈不满，富有反抗性，容易一呼百应，也倾向于接受革命党人反满宣传的影响。但缺点也很明显：他们缺乏真正的革命觉悟，难以从事持久的斗争，一受挫折，更容易一哄而散；缺乏严格的纪律，战场上不服统一指挥，各自行事；成分复杂，有些人甚至打家劫舍，杀人越货。
以河口起义的失败为契机，革命派策划武装起义的活动重点，开始转向正式军队，特别是新军。确立这一方针后，革命领导人把视线转向驻扎在广州的新军，集中力量在此策划起义，原计划起义时间在1910年正月元宵节前后。
1910年2月9日，广州新军因为一个偶然事件，与当地警察对峙起来；第二天，新军士兵结队持枪冲击警察局，发生枪战，两广总督袁树勋将闹事士兵集中，并收缴机枪、弹药。闻知消息的新军纷纷携枪离营，群情激愤。
事态发展完全处于自发状态，没有人主持大局。黄兴、胡汉民、赵声等紧急商议后，决定将起义日期提前。倪映典于2月11日夜赶回广州燕塘时，发现士兵情绪高涨、局势难以控制，但队伍内部涣散，缺乏明确的计划和组织，弹药也不足，而清兵已调集一些兵力严加防范。倪映典深知起义不能再拖，当机立断马上发动起义，义军3000人公推倪映典为总司令，分3路向广州城推进。
在推进到牛王庙时，义军主力遭到巡防营统领吴宗禹率领的兵力阻击。清军以商谈为名，将倪映典诱骗入兵营中杀害。义军一下子失去了指挥，陷入混乱，起义随之失败。
新军起义的当天，一个年轻人给孙中山和同志们留下一封告别信，慨然北上。起义一再失败的消息，让这位心中充斥着满腔热血的年轻人决意采取另一种革命方式，他便是27岁的汪兆铭——我们所熟悉的汪精卫。
见革命一再受挫，汪精卫认为只有暗杀清廷重臣才是革命成功之路，他的想法被孙中山、黄兴劝阻，但汪精卫与黄复生、喻培伦等7人组织了暗杀团。黄复生、喻培伦先期到了北京，在琉璃厂火神庙西夹道开了一家照相馆，作为活动据点。汪精卫与两位会合后，在摄政王载沣上下朝必经的什刹海旁之甘水桥下埋设地雷。不料，他们的行动被警察发现，4月16日汪精卫与黄复生被捕。审讯中，汪、黄争当“主谋”，连肃亲王也被感动，将极刑改为终身监禁。
自1895年孙中山发动第一次反清武装起义以来，革命党人已经发动过十几次起义了，这些起义都遭到了惨痛的失败，不少同盟会的干部及会员产生了严重的悲观失望情绪，在此关键时刻，孙中山再一次表现了一个革命家坚忍不拔的革命意志。
1910年年初，广州新军起义失败后，孙中山由美洲经檀香山、日本，于同年秋来到马来亚槟榔屿（又称庇能），打算再举起义。他约胡汉民、黄兴、赵声商议，其兄孙眉，华侨同盟会会员邓宏顺及雷铁毅、杨锡初等人也参加了会商。当讨论到革命前途和下一步革命计划时，几个人默默不语，精神不振，相顾无策。孙中山见状说：“一败何足馁，吾之失败，几为举世所弃，比之今日，其困难实百倍。今日吾辈虽穷，而革命之风潮已盛，华侨之思想已开，从今而后，只虑吾人之无计划无勇气耳！如果众志不衰，则财用一层，予当力任设法。”
孙中山的一番话，打破了会议的沉闷气氛，黄兴也表示同意孙中山再举起义的倡议，并陈述了选择广州作为发难地点的意见。孙眉更是催促孙中山召集南洋同志，开会商议并举行筹款。
在一次秘密的筹款会上，孙中山作了一次令人感动的演说，意为这次准备的起义将是他推翻清王朝的最后尝试，假如起义再失败，他就荐贤代自己领导革命。与会者均被他的演讲所感动，大家当即捐出 8000元港币做准备活动的费用。
孙中山本打算亲自赴南洋各国去筹款，但因从事革命，许多国家都拒绝他入境。自第一次广州起义后，被迫离开香港，孙中山又先后被新加坡、越南、暹罗、日本政府迫其离境，南洋的荷属、英属岛屿国家都不许孙中山居留。这样，孙中山在南洋一带难以立足。加之，此前南洋各地华侨革命党人多次为革命起义捐献大笔款项，“大有接应不暇之势。出钱者因多叹元气之未复，劝捐者亦殊党开口之为难也”，孙中山只得赴欧美另辟财源。恰逢此时，冯自由从加拿大来电邀孙赴美洲筹款，孙遂只身前往，将南洋一带事务委托给胡汉民等人。
1911年2月17日，孙中山到达纽约，随后又到了旧金山、加拿大的温哥华等地。每到一地，他都说服华侨们为国内革命起义捐款，一共募集了7万多元，全部汇到了香港。在南洋，邓泽如也募集到了5万多元，第二次广州起义所需经费已基本筹足。
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悲壮的广州“三·二九”起义
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马来西亚的槟榔屿会议后，孙中山、黄兴、胡汉民、赵声等人分头进行准备。这次起义的统筹部设在香港跑马地35号，黄兴任部长。为起义所筹款项也超过了原来预算的10万元，达到了15万。这笔钱被用于起义统筹部通过关系在日本、越南、香港等地购买军械。
统筹部决定选派500名配备武装的革命党人作为起义的主干部队，其成员必须是敢死善战的人。林觉民、喻培伦、方声洞等都自告奋勇地充当先锋队。起义前夕，800名先锋队员陆续集结到广州，许多人写下了悲壮的遗书。
起义日期确定为1911年4月13日，后来因美洲、荷属南洋款项未到，从日本、越南购买的军械多数没有到齐；此间南洋的同盟会党员温生才独自刺杀了广州副都统孚琦事件，清军戒备极严，在征得黄兴、赵声同意后，广州同志决定将起义日期改在4月26日。
4月23日，黄兴到达广州，设立起义总指挥部，各起义机关开始进入起义阶段。黄兴看到广州形势紧张，加之日本、越南枪械未到，决定再推迟一天。
4月24日，因为消息走漏，清军在城内进一步加强戒备，广州城中形势骤然紧张。突发情况使正在待发的起义一下陷入进退两难的困境，指挥机关的意见出现严重分歧。此时同盟会起义的机器已经迅速运转起来，黄兴等少数人坚持不能再改期，认为再改期无异于解散，将前功尽弃；但他又不得不服从大多数意见，命令赵声部队暂退香港。黄兴又电告胡汉民：“省城疫发，儿女勿回家。”
4月25日，清廷又调了两个巡防营到广东。一些起义领导人再次提出改期，遭到黄兴的极力反对，他表示要以死相拼，以谢海外同志；但另一方面，黄兴又令各部先锋迅速撤回，并保存好枪械，为来日做准备。但就在各人散去后，林文、喻培伦突然赶到黄兴那里汇报：起义风声已经外露，“非速发无以自救”。黄兴下定决心，集结三四十人攻击督署，杀都督张鸣岐。
4月26日，陈炯明、姚雨平向黄兴报告，从顺德调回来的清巡防营中的同志，已决心起义。闻听消息，黄兴又赶紧电告香港，“母病稍痊，须购通草来”，决定在次日下午5点半发难。但是先锋队已在前一天被遣散大半，因此黄兴不得不调整计划：原定十路进攻计划只得改为四路。
在香港的同志得到起义通知后，因为来不及派大队赶到广州，申请延缓一天，但“部署已定，不能再改”。
4月27日一早，乘早船到达广州的赵声部队，因城门紧闭而不能进城；只有福建和海防的先锋到广州候命。黄兴将象牙印章及黑钢时表分送给各先锋，以作守信及准时之用。
27日下午4点，离预定的起义时间还有一小时，黄兴集众演说，这时李文甫、罗仲霍、朱执信、谭人凤等人也悉数到来，谭人凤将香港情况告诉黄兴，请求延缓一日，黄兴只说了一句：“老先生，勿乱我军心！”此时，箭在弦上，不得不发。
出发前10分钟，陈炯明派人来，见黄兴等人已经整装待发，一言未发转身离去。按预定计划，黄兴攻督署，陈炯明攻巡警教练所。但后来的事实是，陈炯明害怕事情棘手而不敢行动。
4月27日下午5点半，黄兴率队出发，“一时螺号呜呜，风起云涌”。但黄兴在攻下了只有少数卫队守卫的两广总督府后，其他3路却都没有随后接应，寄予希望的城外新军也没有接到通知，其他联络的民军则因宣布改期后已经解散，这样只剩下100多名先锋队员面对比他们多几十倍的清军援军，陷于孤军苦战。当赵声、胡汉民率领200多人乘夜船于28日凌晨到达广州时，见城门紧闭，又分别折回。此时，起义已彻底失败了。
起义失败后，由善堂收殓死者遗体，共有72位烈士——这便是后来广为传颂的“黄花岗72烈士”，但实际上，后来经过深入调查，又发现了14位殉难者，一共86位为革命献出了生命，同盟会党员、《平民报》主编潘达微挺身而出，为烈士寻找一处葬地安息，最后将72位烈士的遗体葬在了黄花岗。
1911年4月28日晚6点，孙中山与致公堂大佬朱卓文由温哥华抵达芝加哥车站。西方报纸纷纷登载这次起义的消息，孙中山立刻发电给香港的胡汉民：“闻事败，同志如何？善后如何？”
当时，孙中山每天都应邀到各处演说，忙碌不堪。香港方面却一直没有复电，一周之间孙中山连发三封电报给胡汉民，但均无消息，孙中山一直心情沉重。一次原定3个小时的演讲，但一直情绪非常不安的孙中山只演讲了一个小时便难以为继，以至于早就耳闻“孙先生演讲口若悬河”的一些听众，都怀疑是假冒者来代替他演讲。
直到5月3号晚上，孙中山终于收到了胡汉民的回电，得知黄兴等人安然无恙的消息，孙中山才心情舒展。
黄花岗之役，革命党受创之重，也是自革命以来最严重的一次。革命党人的精英——先锋队员们大部分壮烈牺牲，还有一些人在被捕后遇害。孙中山用饱含激情的口吻，赞扬了民国创建前最后一刻付出生命的烈士们：
是役也，碧血横飞，浩气四塞，草木为之含悲，风云因而变色。全国久蛰之人心，乃大兴奋。怨愤所积，如怒涛排壑，不可遏抑，不半载而武昌之大革命以成。则斯役之价值，直可惊天地、泣鬼神，与武昌革命之役并寿。
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“首义第一枪”
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一次又一次的起义虽然都以失败而告终，清王朝仍在支撑着摇摇欲坠的政权，像一只千疮百孔的破船，随时将被革命的怒涛吞没。果然，1911年10月10日，埋葬清朝统治的武昌起义爆发了。
1911年7月31日，宋教仁、陈其美等人在上海成立同盟会中部总会，任命居正主持成立湖北分会。这时的武汉，革命思想已深入人心，军界和知识分子中倾向革命、加入革命党的人越来越多，而且革命党得到了共进会领导人刘公的5000元捐款，解决了经费问题，于是革命党决定在武汉举行起义，推居正等到上海，与宋教仁等商量购买军火，并请黄兴、谭人凤来湖北领导革命起义。
1911年1月30日，湖北新军中革命党人蒋翊武、刘复基等成立文学社，坚持湖北从科学补习所以来至振武学社各革命团体的一贯传统，继续以新军为主要对象发展革命力量。1907年在东京成立的共进会，领导人于1908年相继回国，准备按计划在各省策动起义，其中以湖北共进会成效最为显著。
1911年9月24日，文学社和共进会在胭脂巷机关举行会议，一致决议定于10月6日（农历八月十五日）举行起义，还推举蒋翊武为革命军临时司令，孙武为参谋总长。不幸的是，6日起义的决定走漏了风声，甚至被公开登在汉口的报纸上。不得已，总机关决定将起义推迟到10月9日，即农历八月十八夜举行，其余均依原定计划进行。
10月9日上午，孙武与邓玉麟在汉口俄租界宝善里14号机关配制炸药，11号则是共进会领导人刘公的寓所。下午3点，刘公的弟弟刘同来到14号，不巧烟灰落下的火星引起爆炸，将孙武烧伤。俄国领事带领警察，将刘公夫人和刘同等逮捕，搜出有中华民国军政府鄂省大都督之印、告示、革命党人名册等物。清朝风闻革命党起义消息，要求驻汉口的俄领事予以协助。
当天早晨，蒋翊武由岳州回到武汉，正与同志们讨论起义之事时，忽然得知孙武出事的消息。当时风声更紧，湖广总督瑞澂下令武汉戒严，街上布满了军警，清兵正在按搜到的名册在各营中抓捕革命党人。蒋翊武同意提前发难，然后以“临时总司令”名义起草了一份命令，约定当晚12点起义，以炮声为号。
到了晚上12点，蒋翊武等人仍在机关二楼等候起义，楼下开着留声机以作掩护；忽然大队军警来到这里，开始“砰砰”地砸门。刘复基开门后，从楼口扔下一枚炸弹，不料误炸了楼梯，弹片反射又伤及自己，刘负伤后被捕。蒋翊武、彭楚藩等想从邻舍屋顶逃走不成，也被捕。但在押送途中，蒋翊武与另位两位同志相继逃走。当天晚上，彭楚藩、刘复基与杨洪胜三位革命党人便被湖北都督瑞澂杀于督署门外。
天亮以后，形势更加危急。因为新军炮兵与工程等营加入革命的士兵名册被查获，清兵开始在各营中搜捕革命党人。
消息传到工程八营，革命党在该营的总代表熊秉坤深感形势严峻，若不当机立断，起义就会夭折。于是熊秉坤便利用早餐机会集中各队（连）党人代表，秘密商量，熊说：“今日反亦死，不反亦死，大丈夫能惊天动地，虽死犹烈！”这席话获得在场代表的一致赞成。当时大家决定晚间第一次点名后起义，以3声枪响为号，先杀掉敢于抵抗的反动长官，再攻占楚望台军械库。
因为枪弹已被没收，吕功超回家取来他哥哥存的两盒子弹，于郁文等人从其排长处偷来了两盒子弹，这就是起义的全部枪弹。其他营的新军也决定不计成败在当天晚上起义。但早有防备的清政府却下令湖北全军停止晚操，使熊秉坤原来的计划无法实施。
晚上8点多，二排长陶启胜得到起义情报后，带人闯进一排来侦查，正好看见程定国、金兆龙等人正在换枪装子弹，大声呵斥：“想造反吗？”金兆龙也回答：“造反怎么样？”陶启胜想先发制人，猛扑过来，抓住金兆龙双手，金兆龙大声喊：“同志们再不动手，等到什么时候？”程定国举起枪托猛击陶，陶启胜向外逃时，被程定国举枪射中腰部。武昌起义的第一枪就这样打响了。
1914年，孙中山在东京指着熊秉坤向同志们介绍说：“这就是武昌起义放第一枪的熊秉坤同志啊！”后在《孙文学说》中，又称“熊秉坤首先开枪发难”。但如果仔细考察历史史实的话，这种说法并不准确。
10月10日之夜，武昌城火光闪闪，炮声隆隆，喊杀声和欢呼声混成一片。当程定国打了具有历史性的一枪后，“全营轰动”，枪声此起彼伏，熊秉坤带着队伍来到楼门，将反抗的工程营代理管带阮某等3人打死，然后鸣笛集合。起义士兵起来响应，夺取了武器弹药。熊秉坤率队出营，这时城北也火光连天，原来是二十一混成协辎重工程营李选皋也发动了起义，两队都向楚望台军械所方向奔去。
楚望台设有军械库，里面藏有从德国、日本购买和汉阳兵工厂制造的大量军火，一向由工八营派兵守卫。那里的革命人早已作好了起义准备，听到工八营营房枪响，他们赶跑了这里的反动军官，迅速占领了军械库，与赶来的熊秉坤等会合。接着许多邻近兵营的革命党人也率部奔赴楚望台，楚望台顿时成为起义部队的大本营。
为了加强指挥，起义军公推工程八营队官（连长）昊兆麟为临时总指挥，熊秉坤为副总指挥。命令金兆龙带一队士兵打开中和门（今起义门）迎接南湖炮队，熊秉坤等兵分3路进攻湖广总署。
进攻湖广总署的3路起义军，战斗十分艰苦，进展缓慢，曾一度受挫。10月10日夜晚，雨雾茫茫，一片漆黑，炮弹的命中率低，而总署衙门墙高厚垒，当时又有最先进的机关枪组成的强大火力网，同时总督瑞澂和第八填统制（师长）张彪把5000清军布防在通向湖广总署的各条要道，使3路起义军沿途受阻。为了改变被动局面，吴兆麟、熊秉坤一面组织各路义军发起猛攻，一面决定火攻助威。在进攻总署衙门时，不少附近的居民自愿参加了这场具有历史意义的战斗。他们熟悉地形，又乐于献出自己的住房，同义军一起纵火，火光冲天，照得总署衙门一片通明，连门前的旗杆都清晰可见，为炮队指明了炮击目标。
大炮的怒吼，击中了总署签押房，使负隅顽抗的清军胆战心寒。瑞澂闻风后十分恐慌，命令手下将督署后的围墙打穿，带领卫兵由吴家巷潜逃，出文昌门，仓皇登上“楚豫”舰。
熊秉坤率领的第三路义军在总署衙门正面遭到清军困兽般的顽抗，战斗十分激烈。为了尽早消灭敌人，熊秉坤挑选了40名精悍的士兵组成敢死队，他们冒着枪林弹雨奋勇杀敌。革命勇士王世龙手提煤油、木柴冒死跃上钟鼓楼放火，不幸壮烈牺牲，然而钟鼓楼火势大作。在大炮的掩护下，起义军冲进总署东辕门（今武昌造船厂东大门）。守在总署大门前的清军，凭借武器的优势，用机枪向起义军疯狂扫射，作最后的挣扎。
这时，工程营士兵纪鸿钧手提一桶煤油，冒着密集的弹雨，跃上总署耳房破桶纵火成功，自己却在战斗中英勇献身，熊熊的烈焰蔓延到总署大堂。起义军乘势猛攻，歼敌无数。
辛亥“首义”经过一夜的鏖战，革命军终于攻克了清政府在湖广的最高统治机关——湖广总署，占领了武昌城。11日清晨，革命军旗帜高高飘扬在白云黄鹤的上空，一群群起义官兵兴高采烈地相互祝贺，相互拥抱。起义成功了！到了10月11日下午，武昌完全光复，大小官吏都逃走了，12日汉口光复，13日汉阳也光复。各军和学生们组队在街头宣传革命宗旨。革命军得到了大约4000万元的清军库存，经济充裕，局势趋于稳定。
武昌首义后不到两个月，全国24省中，便有14省举起了义旗，宣告独立，使得清王朝迅速陷入土崩瓦解的境地。这一年是中国阴历辛亥年，这次波澜壮阔的革命运动，由是称之为“辛亥革命”。
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革命中心之外的孙中山
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当武昌起义的第一枪响起时，孙中山正在前往美国科罗拉多州丹佛市的旅途中。十多天前，他在旅途中接到黄兴从香港打来的电报。可是，密电码本随着行李先运送到了丹佛市，孙中山一时无法译出。直到1911年10月11日晚到了丹佛市，从行李中捡出密电码本，他才知道：“居正从武昌到港，报告新军必动，请速汇款应急。”
此刻，孙中山无法筹得款项。他本想马上拟电回复，建议黄兴他们暂时不要采取行动。可是，当时已是深夜，加之多日奔波，筹款演说，思想烦乱，一时拿不定主意，只得上床睡觉，打算明晨精神清爽时候，好好思虑一番，再去复电。
旅途疲乏，使得孙中山一觉醒来，已是10月12日上午11点多。在去饭堂用餐的路上，经过走廊报摊，他顺便购买一份报纸携入餐厅。他坐下一看，一段电讯赫然写道：“武昌为革命党占领。”
开始，孙中山简直不敢相信自己的眼睛，待他再看两遍，便紧紧抓住那张报纸。惊喜交集的心情可以想见。孙中山匆匆吃过早餐，立刻回到旅馆。一个重要的问题，需要他马上回答：是马上回国直接指挥战斗，还是先在欧美进行外交活动？
