11月3日夜上海光复的消息与翌日传到浙江后，杭州全程军民激动万分，革命党人立即决定与当日夜十二点发动起义，并分头紧急通知各单位的革命同志。
由于浙江经过光复会的长期发动，革命的群众基层比较好，再加上铁血救国党的大量运作和活动，革命力量已经深入军队、工商业、教育界和会党当中。就连巡防营、抚署卫队、宪兵营和陆军小学堂学生也大半赞成革命。
按照计划，起义的口号为“独立”，所有参加的新军士兵或其他人员一律左臂缚白布为标志，以第二十一镇统制蔡国栋为起义总指挥，以二十一镇司令部为起义指挥部。
11月4日夜晚，蔡国栋召集全镇上下所有官兵，宣布起义，并配发足额弹药，第四十一协协统萧星垣等人得知蔡国栋发动起义之后仓皇而逃，蔡国栋立即命令铁血救国的军官蔡成勋接替四十一协协统之位，命令八十一标标统周成炎率部从南星桥出发向杭州城进发，命第八十二标标统韩兆基率部从笕桥出发，向杭城挺进。又命第四十二协协统周传东率部向浙江其他地区分头进军，以最快的速度夺取政权。
而驻扎在城内的工程营、宪兵大队官兵很快打开艮山门、望江门新城门，迎接八十一标、八十二标起义士兵进城。
八十一标在进城之后很快接到了蔡国栋的命令，随即命令二营占领了自闹市口至武林门沿大街通往旗营主要道武林门、钱塘门、涌金门、闹市口、官巷口、众安桥等地，包围清兵旗营。三营迅速赶往设在报国寺的军械局在，向军械局发起了进攻，但驻守在军械局的清军巡防营未做抵抗便投降。三营占领军械局之后当即分兵对清兵旗营发起进攻。
八十二标起义士兵从望江门新城门进城后，第三营率全营官兵在革命党人顾乃斌的引导下主攻巡抚衙门，第一、第二营即分头占领织造署和藩、道衙门及大清、浙江两银行，防守城南各地。革命党人张伯歧和同盟会会员蒋志清带领敢死队，配合第三营起义土兵对抚署发起进攻。由于有蔡国栋在新军中主持大局，同盟会、光复会等人在新军中并没多少势力，全靠从各处网罗的一些会党成员才能组织这一百多人的敢死队。
这时，革命党人王金发也带领敢死队也赶来参加战斗。王金发、张伯歧身先士卒，闯入抚署卫队室，击杀卫队长，然后抛出信号弹，发出进攻信号。在进攻抚署的过程，仅卫队教练官施放机关枪，进行阻击，但立即被卫队士兵夺去。起义士兵冲进抚署二堂。浙抚增韫越后墙逃跑，但很快被八十二标起义士兵所捕获。王金发指挥敢死队队员，要焚毁抚署，但是遭到起义新军官兵的阻止。
蒋志清当众要历述增温的罪状，要将增韫就地正法以振军心，震慑其他抵抗的清军，就在他要杀增韫的时候，起义军总指挥蔡国栋骑着高头大马在警卫营的护卫下赶过来阻止行刑。
“住手，刀下留人！”蔡国栋大喝一声飞身从战马上跳下，向巡抚衙门走过来。
刽子手停止砍头，蒋志清脸上上前道：“总指挥，为什么不杀增韫？杀了他之后各地抵抗的清军就会士气大跌，这有助于我们迅速占领各地！”
蔡国栋举手阻止他继续说下去，走过去将增韫扶起来，揭开捆绑他的绳索道：“大人受委屈了，请先进去休息片刻，我处理了这边的事情就过去，来人，扶巡抚大人进去休息！”
极为狼狈的增韫感激地看了蔡国栋一眼，很快有几个士兵过来将增韫带走。蔡国栋这才转身对蒋志清说道：“我知道刚才这位同盟会的蒋同志说的有一定的道理，杀了他固然可以让我们更快的光复浙江各地，但是也同样给我们增加了光复后建设家乡的障碍，虽然说革命了，但是现在有多少人懂得革命呢？中国四万万人口有几个识字的？有几个懂得革命的道理的？在我们中国，识字的士大夫阶层还占据着知识分子的绝大多数，这些人的思想一时间没有转过弯来，需要我们给他们宣传革命的道理，让他们跟随我们一起站起来革命，如此我们中国才能更快的赶超列强，而增韫是这些知识分子中的代表人物，说服他加入到我们中来，这对于我们革命事业有着重大的作用和意义，我希望诸位都想想，我们把脑袋别在裤腰带上革命的目的是什么？难道仅仅只是杀人吗？杀人能解决问题吗？革命不仅仅只是破坏，还有建设！我们革命的最终目的是建设一个崭新而又强大的国家，让广大的人民能够吃饱穿暖，家有盈余，过上幸福的生活，让我们不再被压迫被剥削，不再被列强欺凌，让我中国屹立于世界强国之林！”
蔡国栋这番话说进了所有起义士兵的心里，从来没有听到过这么振奋人心的道理，这番话为所有人都指明了革命的方向，让他们有了十足的动力。就连蒋志清这些同盟会和光复的骨干们都忍不住热泪盈眶。
“说得好！”
“说得太好了，我是心里好像打开了一扇门！”
第二日拂晓时分，除了旗兵驻守的湖滨旗营外，杭州全城均为起义士兵所占领。全市大街小巷，白旗招展，安堵如常。蔡国栋与增韫致商量之后，让增韫致函给杭州将军德济，要他速降，以免其死。德济接到信件之后气得大骂增韫不忠不孝，拒不出降。于是，八十一标炮营营长张国威率炮队至吴山，架炮轰击旗营，击中将军衙门，旗兵们大起恐慌，派参领贵林为代表，赴起义军司令部乞求缴械投降。八十一标标统周承菼出面接受贵林的请求，当天傍晚，派兵搜索旗营，点收枪支。至此，杭州全城宣告光复。
杭州光复之后，蔡国栋派人联系城内同盟会、光复会和立宪派以及工商界绅士代表们前往巡抚衙门商议成立军政府事宜。
经过各方面会商拟定成立浙江军政府，推举著名实业家、政治活动家、立宪派领袖人物汤寿潜为浙江军政府都督，推举蔡国栋为副都督兼任军政部部长，褚辅成为政事部长，汪曼峰担任民政部长，高子白担任财政部长，汤尔和担任外交部长，傅修龄担任交通部长，陈良卿担任总务长。其他各革命组织各有任命，只是几个关键职位都被铁血救国党的人当任。
浙江军政府成立之后，立即向全省各府传檄归附，在革命军大军的压迫下，各府纷纷改换城头黄龙旗，换成了共和旗帜。
在萧震雷的指示下，蔡国栋将浙军整编成两个军下辖四个师、一个独立师和一个混成旅，第一军由蔡成勋任军长，罗山为参谋长，韩德彪任政治委员，全军一共两万九千人八百人，下辖第一师和第二师，其中八十一标整编成浙江第一师，由周成炎任师长，吕长金为参谋长兼政治部主任，八十二标被整编成浙江第二师，由韩兆基任师长，陆开方任参谋长兼政治部主任。
第二军由周传东任军长，古石东任参谋长，刘海江任政治委员，全军三万一千人，下辖第三师和第四师，八十三标被整编成浙江第三师，由董克强任师长，宋政和任参谋长兼政治部主任，第八十四标被整编成第四师，由黄英杰任师长，杨元良任参谋长兼政治部主任。
独立第五师直接受军政部统辖，由原第二十一镇警卫标整编而成，师长孙明亮，参谋长钱卫学兼政治部主任，全师一万两千八百人。下辖三个步兵团、一个炮兵团、一个兵营营、一个辎重营、一个侦察营、一个骑兵营。
浙军混成协由原浙江各地投诚和被俘的巡防营改编而成，由林成勇任旅长，谢剑铭任参谋长兼政治部主任，下辖两个步兵团、一个炮兵营、一个辎重营、一个工兵营，每团下辖三个步兵营，全旅官兵七千二百余人，由于这个混成旅是由各地巡防营和被俘的溃兵编成的，因此武器装备方面虽然齐备，当都是使用清廷生产制造的汉阳造，只配备了少量的重火器和火炮，五个主力师是完全不能比的。
现在这些军队正在整编，五个主力师和一个混成协加起来一共达到了总兵力八万一千人，但是现在只有兵力两万六千多人，也就是说还有五万多人的缺额，这些人需要在全省各地招募，因此当整编的命令下来之后，各部队长官迅速派人前往全省各地招募兵员，由于有光复之功，再加上革命宣传到位，很多有志青年纷纷加入报名。
短短的不到半个月的时间就招收了三万多人，其中第二军最先得到兵力补充进行整编，因为第二军要北上与上海、江苏和南洋第九镇等这些军队组成江浙联军进攻江宁，所以第二军最先成军。