1911年武昌起义胜利后，革命党人为保卫武汉三镇与清军进行了一次重大战役，分为汉口保卫战和汉阳保卫战两个阶段。汉口古称夏口，因而又被称作“阳夏战争”。
武昌起义胜利后，革命势力与反革命势力都充分认识到，武汉革命政权的存亡，对双方都至关重要。1911年10月12日，清廷谕令瑞潋、张彪革职留任，戴罪立功；急调在永平参加秋操的第四镇统制官王遇甲率二、四两镇各一部星夜赴援；命陆军大臣荫昌赶赴湖北节制诸军；又命海军统制萨镇冰率海军及程允和主管的长江水师溯江西上赴援。10月14日，清廷调整军队的配置：陆军第四镇暨第二镇第三协、第六镇第十一协，编为第一军，赴湖北由荫昌亲自指挥；第五镇暨第三镇第五协、第二十镇第三十九协，编为第二军，军统冯国璋，作为预备队，“听候调用”；禁卫军、陆军第三镇，编为第三军，军统载涛，驻守京畿。清军陆续到达汉口附近。
湖北的革命党人也加紧扩军备战，誓死保卫武汉。当时武汉革命军政府的兵力不过几千人，故湖北军政府一成立即决定扩军四协。武汉的劳动人民、学生以及邻近的工人、农民都踊跃投军，不到5天，4个协、约2万人的新兵就告足额。
当时，清廷虽然作了全面反扑的规划，但集结于直隶的北洋军不可能迅速进入湖北，更为重要的是，北洋六镇本是袁世凯一手训练出来的一支军阀武装，荫昌根本指挥不动。清政府不得已，重新起用袁世凯，于10月14日任命袁为湖广总督。袁认为清廷给他的权力过少，次日以“旧患足疾，迄今尚未大愈”为辞，拒不奉命。袁世凯不出山，北洋军就不肯卖力作战，这就给革命党人提供了休整和发展力量的有利时机。
武汉三镇保卫战，首先从保卫汉口开始。10月18日凌晨3时，革命军在第二协统领何锡蕃指挥下，进攻盘踞在汉口郊区刘家庙火车站的清军。其时，清方仅有张彪残部、河南混成协、岳州巡防营共2000人应战。已抵刘家庙的北洋军不肯支援，战事一起，即向滠口退去。由于清方海军发炮轰击，民军不支退却；清军一部尾追至市区内的大智门附近。下午3时，民军再次发起攻势，又因清军舰炮击而退却。清军乘火车追击，铁路工人预先毁路10余丈，致使火车倾覆，民军和四周民众齐声喊杀，一举消灭清军数百。19日清晨，民军步、炮、工、骑兵共3000余人，乘胜再攻刘家庙车站，清军仓惶逃往滠口，遗弃帐篷140余顶、粮食600余石及大量枪支弹药。
民军本应乘胜前进，据三道桥，夺取滠口，占据有利地形，阻止清军沿铁路线南下进攻汉口。但旧军官出身的何锡蕃对民军的力量估计不足，既不敢大胆进攻，也没有在三道桥修筑坚固的防御工事，认为刘家庙与租界相近，敌人必不敢贸然进攻，因此把防线设在刘家庙附近。这样，每至夜间，清军就越过三道桥，向民军进攻。对此，革命党人十分不满，强烈要求并自动组织敢死队，向敌人发起攻击。但这时敌人喘息已定，并占据三道桥有利地形，以机枪多挺，堵塞路隘，民军进攻遭到失败。指挥官何锡蕃自感指挥不力，引咎辞职。
军政府于10月24日任命原清军第二十九标统带张景良为汉口前线总指挥。可是张景良到汉口后，既不召开军事会议，又不下令作战，采取拖延态度。这时，清军大部陆续南下，前锋抵达滠口。10月26日，清海陆军开始大举反扑，敌舰潜过武昌青山革命军的炮兵阵地，未遇狙击即到达造纸厂附近江面，向民军阵地猛烈炮击，民军牺牲500多人。在炮舰掩护之下，清步兵也向刘家庙发起进攻。经过3天的激烈战斗，民军伤亡2000余人，被迫退人市区。在民军苦战过程中，担任前敌总指挥的张景良逃离前线，与张彪暗中勾结，被汉口军政分府领导人詹大悲处以死刑。
正当民军处于极端不利的关键时刻，10月29日午后，革命党重要领导人黄兴自上海到达武昌，毅然承担起前线总指挥的重任。黄兴亲临前线指挥，给正在苦战中的民军以很大鼓舞，士气为之大振。但这时清军也已因袁世凯的复出而加强了力量。10月27日，清政府召回荫昌，授袁世凯为钦差大臣，冯国璋为第一军总统，段祺瑞为第二军总统。10月29日，冯国璋到达汉口，接统第一军；30日，袁世凯自彰德南下，进驻湖北孝感，亲自督阵。至此，清军兵力已达1万多人，且配备了许多机枪和大炮，而在汉口的民军仅有5000人左右。
为扭转不利局面，黄兴于29日指挥各军攻击敌方大智门阵地，一度击溃敌军，因敌人大量援军赶到，民军反攻未获成功。第二天，在市区内民军与清军展开了激烈的巷战。为破坏革命军的顽强阻击，冯国璋竟丧心病狂地下令纵火。大火从歆生路花楼街一直烧到满春茶园，又从满春茶园烧至斫口，一连三昼夜不熄，十余里街道皆被夷为焦土。民军的将士们在烈火中坚持了三天三夜，进行了可歌可泣的战斗。11月1日夜，汉口失陷，黄兴渡江返回武昌。
汉口失陷以后，开始进人汉阳保卫战阶段。由于双方均需要重新部署兵力，前半个月战事暂时呈沉寂状态。黄兴于11月4日在汉阳伯牙台（后移昭忠祠）组成战时总司令部，以李书城为参谋长，正式接防备战。到11月11日，黄兴所辖防守汉阳的民军各部计有：鄂军第一协蒋肇鉴两标，第四协张廷辅两标，第三协熊秉坤两标，第二协第四标，工程、辎重各一营，炮队一团；援鄂湘军第一协王隆中、第二协甘兴典各部，总兵力约2万余人。清军占领汉口后，即以左翼扼长江沿岸，右翼由京汉铁路进至玉带门停车场之北，后方预备队屯于孝感，总兵力约3万余人。
在势均力敌、各有优劣的情况下，是进攻还是防守？民军内部出现严重分歧，黄兴主张进攻。11月16日夜，黄兴决定分兵三路反攻汉口。第一路由鄂军第三协协统成炳荣率所部从武昌青山渡江，在汉口湛家矶登陆，进攻刘家庙，击清军后路以为牵制；第二路以步兵第六标标统杨选青率领所部，由汉阳东北岸渡江，在汉口龙王庙登陆，以为助攻；第三路是主攻部队，以湘军第一协为右翼，湘军第二协为中央，以鄂军第五协为左翼，在襄河（汉水在襄阳以下之别称）琴塘口军桥渡河，向汉口玉带门一带进攻。
战事开始后，第三路右翼湘军王隆中部进展迅速，将敌人打退至韩家墩；左翼进展迟缓，进攻失利；居中湘军指挥甘兴典更是临阵慌乱，首先率部退却。王隆中部孤军奋战，最后也不得不退至汉阳。其他两路则因指挥员的贻误，根本未能按时发动。反攻汉口失利，民军形势日益被动。
11月21日，清军一路从孝感绕道至蔡甸，强渡汉水，民军堵截未成，退守三眼桥；另一路清军从舵落琴断口架设浮桥渡过汉水，向民军右翼阵地美娘山、仙女山进攻，形成对汉阳的两翼包围形势。此后数日，双方在汉阳外围的重要据点展开了激烈的争夺。美娘山失守后，民军管带祁国钧率几十人，勇敢冲锋，一举夺回美娘山；磨盘山被清军占领，革命党人组织108人的敢死队，乘夜冲上磨盘山山顶，奋勇肉搏，全歼敌军。直到11月24日，清军才最后夺得美娘山和仙女山。这时，黄兴将主力集结在十里堡一线，先后组织两次反攻，均告失利。26日，清军夺得磨盘山、扁担山两处阵地之后，以猛烈炮火轰击十里堡。黄兴速调各军阻击，但指挥不灵，湘军将领甘兴典擅自率部撤回湖南，王隆中部苦战疲惫，也退至武昌。黄兴只得决定撤离汉阳。11月27日，敌占龟山；下午，汉阳陷落。
当日晚，黄兴从武昌乘船离鄂，武昌的湖北军政府已面临危机。但从全国形势来看，此时海军已经归向革命，江浙联军占领了南京，各省纷纷独立；清廷已处于土崩瓦解的困境。鉴于此，袁世凯施展一打一拉、以拉为主的策略，命占领汉阳的冯国璋暂不渡江攻武昌，只从龟山用重炮轰击武昌，对黎元洪施加压力，暗地里则通过帝国主义使团加紧进行停战议和的活动。这样，武昌起义后掀起的革命战争，在湖北基本上停顿下来。
持续40余天的武汉保卫战，虽然由于敌我力量过于悬殊、指挥不统一、部分旧军官不能用命、士兵新募、军事部署失误等原因，遭受了重大挫折，但是，这场保卫战是辛亥革命期间规模最大的一次战役。它有效地保卫了首义之区和第一个革命政权；广大革命军将士在战争中所表现出的英勇无畏、自我牺牲和顽强奋战的精神，为全国人民树立了一个英勇抗敌的典范，鼓舞了革命人民的斗志；武汉保卫战将清兵主力吸引到湖北长达一个半月，这对各省革命党人发动起义是极大的支援，有力地促进了革命在全国范围内的发展。
