公元1911年，为清朝宣统三年，按干支纪年为辛亥年。是年农历八月十九日，正是阴历10月10日。就在这一天，武昌新军爆发了起义，此事件成为结束中国数千年封建王朝统治的一重大历史事件，历史上将此次起义称为武昌首义。就在10月10日当天，胡鄂公从河南南下武汉，于次日参加起义队伍，在此后的35天里，胡鄂公参预了革命军重要的军政指挥事务，为革命贡献了自己的心血与才智。
武昌起义是10月10日晚7时爆发的。在此之前，关于湖北可能爆发革命的各种流言谈论已传遍各地。当胡鄂公于10月10日上午9时从驻马店登上南下的火车时，已从北上乘客的谈话中听到这方面的消息。下午4时，火车抵达汉口大智门车站，由于按原来的约定应来车站迎接他的吴若龙未出现，他只好先到大智门车站附近的铁路第一宾馆暂时住下来。为了弄清缘故，他即往后花楼共和会所设秘密交通处询问情况。到达后花楼时，他发现那里大门已为警察封闭，从住在隔壁的一开杂货店老头口中得知，10月9日，设在俄租界的革命总机关炸弹爆炸，引起警方搜查，将革命党的各种册籍全部搜去了。回到宾馆后，他又从当地居民口中听到昨日(10月9日)武昌军警在小朝街85号张廷辅家、黄土坡杨宏胜杂货辅等处捕去革命者70余人，其中彭楚藩、刘尧澄、马宏胜3人于当日(10月10日)凌晨杀害。10日晚，他于宾馆听到枪炮声，这正是武昌新军工程营第八营的发难，此时武昌起义已拉开序幕了。
第二天(10月11日)，胡鄂公得知，由于新军起事，湖广总督瑞 和清军第八镇统制张彪等已弃城逃走，武昌已为革命军占领。于是决定立即设法离开汉口，渡江前往武昌寻找革命军。途中，他躲过了清军及奸细的盘查，并被匪徒劫走了行李，终于设法找到渡船，渡过长江，到达武昌。
武昌起义后，由于群龙无首，大家决定推举清新军第二十一混成协协统黎元洪出任鄂军军政府都督。由于革命仓促起事，革命军的改编一时难以完成，各种组织及法规均不完备。当时，革命军的办事处设在黄鹤楼警钟楼左首怀白楼茶馆内，他于是前往怀白楼，希望能见到都督黎元洪，但由于都督府设在阅马场，当时又处于非常时期，他无法立即见到都督，只能在茶馆坐等。并从围坐饮茶的革命军伤员口中，知道了武昌起义的详细经过。直至下午6时，才由革命军办事处负责人派高炳章带人护送胡鄂公到阅马场都督府，受到吴兆麟、张振武、李作栋等迎接。当时吴兆麟为参谋部副部长，张振武为军务部副部长。本来参谋部长是杨开甲，军务部长是孙武，但杨对革命无信心，想逃避责任，不肯到职，孙武又在医院治疗，所以部务由吴张二人主持。胡在与吴、张等人交谈后，见到了黎元洪，并与之一道进餐。在都督府内，胡又见到了共和会同志刘铁仙，从刘铁仙口中，得知郝穴预备中学同学宁敦武参加了10月10日工程营的发难，现正与法政学堂学生一道武装守卫官钱局。另外参加武昌起义的共和会人士还有吴若龙、聂松樵等。
当时革命军占领武昌，清军守汉口、汉阳一带，双方战斗仍在进行。革命军刚从清军改编过来，组织不健全。为此，吴兆麟、张振武与胡鄂公商议，指出现都督府分科虽多，但各自为政，不能统一事权，因此向都督建议在府内设秘书处、高军侦探科、军法科、军需科、庶务科四科，请胡鄂公起草各处科条例。当晚11时开会，一致推举胡鄂公任高等侦探科科长，胡接受了任命。胡将该科分为4课，下辖步兵一队、骑兵两棚，配有楚威、平江、小飞燕等轮船三艘。
次日(10月12日)，胡鄂公即开始履行高军侦探科科长的职务，他带领第一课、第三课课长、步探长、高等侦探员及8名卫兵，乘坐楚威轮到汉江巡视，并侦察停泊在长江的清军楚豫、楚有等6艘军舰的动静。其后，由于革命形势的发展，清军长江水师及其他各军纷纷归顺革命，革命军兵额大增，都督府内事务也更为繁杂，胡鄂公除任高军侦探科长外，还要协助处理府内各项事务，对于当时复杂的形势，胡鄂公充分显示了其卓越的办事才能。10月15日，他见到了在革命军中的共和会同志吴若龙、陈涛，于是胡鄂公让吴若龙担任高军侦探科副科长，专门处理科内事务，而使自己有较多的时间来处理对外工作。
当时，革命军的指挥系统不完善，以致不少事情坐失时机，影响了革命的发展。10月17日晚9时，全体人员在都督府开会。会议由都督黎元洪演讲说明开会宗旨，胡鄂公报告当时敌我双方情形。讨论后，黎元洪提出，应公举一人，担任鄂军水陆总指挥，指挥武汉地区的陆军水师，计划于农历八月二十八日(10月19日)拂晓，向清军水陆进攻。黎讲完话后，到会者一致推举胡鄂公为鄂军水陆总指挥。散会后，胡即到都督办公室，商讨二十八日的作战准备工作。当胡鄂公草拟完作战的各种计划、命令文稿后，时间已是次日凌晨了。10月18日上午7时，胡鄂公接到了都督命令和委任状。这是中华民国的第一张委任状，编号为“委字第一号”。委任状文字为：“中华民国军政府鄂军都督黎，为委任事，委任胡鄂公为鄂军水陆总指挥，有指挥鄂军水陆师之全权。此状。”末署黄帝纪元四千六百另九年八月二十七日。
胡鄂公得到担任鄂军水陆总指挥的委任状后，即具文呈请都督黎元洪，提名指派李国镛为副指挥，陈涛为参谋长，吴若龙、聂松樵为左右参赞，郑世和、林朝海、黄宝泉、段玉书为海陆顾问。10时，召集以上诸人开会，正式成立鄂军水陆总指挥部。下午1时，对各部队发出命令，对革命军、清军双方的兵力部署情况及八月二十八日拂晓的作战作了详细的布置安排。下午4时，带领李国镛及指挥部有关人员乘平江轮游荆弋江面，对清军水军兵力进行实地侦察。当时，长江上清军军舰有楚豫、楚有、楚安、江靖、江泰6舰，均对其方位距离作了仔细测量。下午7时返回都督府。晚10时，胡鄂公偕李国镛、陈涛等到达红关毡呢厂，召开军事会议，下达准备进攻的命令。八月二十八日(10月19日)凌晨1时，胡鄂公、副指挥李国镛、参谋长陈涛等视察前线阵地。4时，忽然接到都督黎元洪的一道命令，大意是由于当时中国军舰很少，且制造又十分艰难。经过甲午战争之后，中国舰船损失惨重，当时仅存的数量吨位都极其微小，因此要求革命军对清军军舰实施攻击时，决不能攻击其要害部位，以致使其沉没毁坏。由于黎是革命军最高领导人，对于这样的命令，胡鄂公只能按命令行事。
此次作战，清军大败。清水军方面，楚豫在受攻击后匆匆逃往田家镇，清朝湖广总督瑞 即乘坐在这艘军舰上。其余有楚有、楚材、楚安、江靖、江泰5舰，挂起白旗以示投降，胡鄂公即与李国镛等率水师炮船，由红关出发前往接收上述降舰，而正当此时，黎元洪又派专人赶来向胡传达命令，说该舰等既已悬挂白旗投降“应徐为接洽，俾易就范，不可迫之太过，致生他变”。由于这一命令，终使战机丧失，在革命军犹疑之际，清军5舰趁机驶入租界前的江流中去了。虽然如此，但这次作战，仍取得了战败清军兵舰，驱走瑞 ，逐走汉口清军的大胜利。三镇市民纷纷燃放鞭炮，悬挂战胜旗，全市狂欢。但就在此时，黎元洪又采纳了孙武的建议，任命被革命军拘押的清军将领张景良为汉口前敌指挥，同时命令胡鄂公将关押的张景良立即释放。胡遵从命令，当即放了张景良。
对于上述情形，胡鄂公深感痛苦和惋惜。他考虑到，以后革命军鄂军水陆总指挥部和汉口前敌指挥部机构重叠，将使指挥不能统一。由于张景良本是清军将领，对革命并无诚意。而黎元洪也是清军将领，而对革命缺乏积极进取的精神，以上种种将使其作战计划无法实现。在考虑了各种情况之后，于10月23日向都督黎元洪提出辞去鄂军水陆总指挥职务。在胡的坚持下，黎元洪接受了胡鄂公的辞职请求。同时他提出，都督府内各科太乱，彼此权限不清，打算设总科长一人(此职务相当于后来的秘书长)，处理府内对内对外一切事务，要求胡担任总科长一职，考虑再三后，胡接受了新的任命，同时仍兼任高等侦探科长的职务。此后，胡鄂公负责都督府内外各项事务。由于武昌起义成功，各地纷纷响应，上海、安徽、湖南、浙江、贵州、江苏、陕西、广西、江西、广东等省纷纷举起反清的旗帜，成立革命的政权组织。10月28日，黄兴、宋教仁、居正等到达武汉，黄兴就任革命军战时总司令，胡鄂公协助其工作，并与宋教仁、居正等商谈建国及草拟《鄂州约法》等重大问题。同时，他仍负责都督府内外事务，领导高等侦探科，在反奸工作中作出了显著成绩。
此外，胡鄂公在武昌期间还于10月23日接待了来自荆州的共和会同志王振新。此前，在荆州的共和会曾发起在沙市刺杀荆州将军凤山和湖广总督端方的计划，但两次都未成功。此次武昌起义，给荆州同志极大的振奋，因此他们打算在荆州发难，驱逐清军。当时，荆州驻有新军千余人，配有新式枪炮，共和会同志只有旧式戈矛，没有新式武器，所以计划尚未实施就宣告失败了。此次来武汉，就是希望武昌方面派兵支援。而当时正是清廷派兵攻打革命军，武昌大敌当前，不可能派兵前往。而正当此时，清军驻宜昌四十一标第一营，由排长唐牺支率领全营发难，驱走营长戴涛山，宣布宜昌独立，并组成宜昌军分府。胡鄂公于是决定促唐出兵，占领沙市后再攻荆州。他将上述想法进信中，并写好介绍信交给王振新前往宜昌见唐牺支。这是胡鄂公在辛亥革命时期与荆州的一段瓜葛。
11月11日，为南昌独立作出重大贡献的江西共和会成员邝摩汉、王振汉抵武昌，胡鄂公偕同二人拜谒了都督黎元洪，详谈了南昌独立之经过。11月13日，胡鄂公结束了武昌的使命，乘轮绕道上海前往天津，掀起了轰轰烈烈的北方革命。
