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当此时也，全国各地民族民主革命运动风起云涌，清廷统治者已是土崩瓦解。立宪派吹吹打打，想着用调和的办法维持清朝统治的残局，却又得不到满清统治者的应允。社会矛盾愈积愈多，有如积薪成堆，一遇火星，就会大爆发。1911年10月10日，武昌起义的枪声终于点燃了东西南北的革命烈焰，各省纷纷起而响应。10月21日，与山西一河之隔的陕西省，同盟会员张凤翔领导的武装起义取得成功。消息传到太原，山西的革命党人受到极大鼓舞和激励，同盟会员们在新军中积极活动，很快就传开了“湖北、陕西革命成功，山西也要准备起义”的消息。
面对这“骤雨欲来风满楼”的汹涌势头，巡抚陆钟琦十分紧张。他对新军很不放心，决定把他们调离太原，同时请清廷紧急调派军队来太原防守。于是以防止陕西革命军东渡为名，发出严令：一标的两个营必须在10月28日（农历九月初七）全部从太原出发。标统黄国梁与标本部的人员，在各营领到子弹前（清廷对防止新军叛乱已有警惕，新军各部平时只发枪不发子弹），就必须先行出发，否则，以违纪砍头论处。
革命党人一边，这时也正进行紧张的活动。消息传来，他们立即识破了巡抚的“调虎离山”计。黄国梁与阎锡山、赵戴文、张瑜、温寿泉等紧急商议，认为不听命令，就领不到子弹，无法起事。只有想办法领到子弹，才能发动起义。最后决定：黄国梁带部分兵士先行出发，造成听从调动的假相；后续部队领到子弹后不离太原，找借口在城边拖延时间，黄国梁得到消息迅速回马，在城里的部队立即响应。黄国梁依计行事，10月28日下午，率标本部人员和骑兵营出发到了祁县，等候太原的消息。
二标标统阎锡山在城内连夜召集本标中同盟会员会议，也对起义作了部署。阎锡山对起义没有异议，但大目标下不忘打自己的小算盘。他决定，待一标先发动兵变后，二标再迅速进城。标下两个营的部队，一个营开往子弹库，把军械控制到手中；另一个营开往抚台衙门，见机行事。会议结束后，参加会议的一个排长，刚出会议室门，猛不防被反对革命的二营管带撞见，一把拉住，问开的什么会。这个排长一时语塞，说不上来，被那位管带凶巴巴地骂了几句。他惊惧之下，以为事已败露，惶恐不已竟跳井自杀。阎锡山闻讯，急得浑身直出冷汗，当机立断，派兵将那个管带囚禁起来，一边就赶忙召集军队，宣布起义的命令。
1911年10月29日凌晨，太原起义的枪声打响。里应外合，太原新南门被顺利攻下，起义军直扑巡抚衙门。兵士们冲进抚署，与巡抚陆宗琦及其儿子陆光熙相遇。陆宗琦还大摆巡抚架子，指手画脚怒责起义士兵“想造反”。其子陆光熙则看见势头不妙，掏出身上的银钱就往空中一抛，企图趁着士兵乱抢银钱的混乱，掩护其父逃跑。不料想这一举动反而激起士兵们的怒火，陆氏父子当即被乱枪击毙。协统谭振德也在街上被打死。
此时的二标标统阎锡山，心情忐忑地带着少数亲随，静静地藏在本标操场附近的小树林里，听着城里四处乱响的枪声，焦急地等待打探消息的士兵回来报告。战斗打响后，他就把属下的官兵撒到巡抚衙门周围的各街巷，打探进展情况，自己却小心翼翼地不肯走出军营一步。在得知一标的部队攻下抚署的消息后，他忙派出一名排长，他的得意门生张培梅带兵去攻打抚署后面的巡防营马队。他暗示张培梅，要像是配合起义，又要像是去保卫抚署，不要草率而应见机行事。自己躲在小树林里熬时间，一分一秒地过去，不知该不该出去露面。左盘右算，一时难得要领，心情十分焦急。出去露面早了吧，万一革命不成功，自己将落个造反罪名，辛苦奋斗得来的一切，瞬间毁灭。可如果革命成功，自己出去露面太迟，功劳被别人全都占去，多年来的革命行动，又成一把无果之花。这一套“成则居功，败则诿过”的算盘，确实显现了阎锡山的精明算计和善于投机的本能。终于，胜利的消息不断传来，阎锡山心里有底了，带着人马煞有介事地杀奔巡抚衙门而去。
29日中午，山西同盟会召集各界人士在省咨议局举行紧急会议。立宪党人、省咨议局议长梁善济主持，起义领导人阎锡山、温寿泉、姚以价、张瑜、张树帜等人参加了会议。会议决定成立山西军政府，并推选一位大都督作为领导人。阎锡山对此事已有精明算计和周到安排，于是他首先提议，山西应仿照武昌起义的做法，推举名望高的姚鸿发为都督。但姚鸿发以其父亲还在担任清廷陆军部侍郎而且家眷在北京为由，谢绝出任。起义中，一标出力最大，建功最多，有人又提议推一标标统黄国梁为都督，但黄国梁不是同盟会会员，起义打响时还在祁县未曾回来，而且黄不是山西人，结果遭到否决。这时，人们的眼光自然而然落到又一个领兵战斗的官员，二标标统阎锡山身上。但梁善济等立宪党人还跃跃欲试，就提出用投票的方法公举都督，大有当仁不让之势。众人吵吵嚷嚷，局面混乱的时候，阎锡山先人一着的安排就发挥了威力。经他授意的心腹将领张树帜，一个箭步跳到台上，把手枪“咣”地往桌上一拍，趁机把梁善济挤到一旁，振臂高呼：“选都督作么子要选票？我们军人不干这一套，要选就举手！我们选阎统标做大都督，赞成的都举手！”阎锡山的亲信张培梅、周玳等都把手枪亮了出来，大喊大叫：“赞成的都快举手，快举手！”立宪派议员们哪里经过这样的阵势，一个个被寒光逼人的手枪吓懵了，哆里哆嗦地乖乖举起了手。张树帜俨然以主持人的身份，连叫几声“全体赞成，全体赞成”，张培梅等人喧哗呼应，阎锡山就顺利当选为山西省军政府的大都督，时年二十九岁。这既是他投身革命积极奋斗应得的辉煌，也是他高人一筹善于算计而到手的果实。
军政府宣布，改称中华民国，从此用黄帝纪元年号，悬挂“八卦太极图”旗。它标志着清王朝在山西的统治寿终正寝，标志着山西成为革命省份。
不论实际过程中的是是非非如何曲折，就全国大局而言，太原起义，是辛亥革命中的一个重大事件。孙中山先生于1912年9月视察太原时说：“去岁武昌起义，不半载竟告成功，此实山西之力，阎君百川之功。不惟山西人当感戴阎君，即十八行省，亦当致谢。何也？广东为革命之最初省份，然屡次失败。满清政府防卫甚严，不能稍有施展，其他可想而知。倘非山西起义，断绝南北交通，天下事未可知也。”山西处在北京近侧，山西起义，对清政府的统治中心震动极大；山西又当南北通衢之侧，山西起义成功，对革命势力控制南北交通，极为重要。所以，孙中山先生的这个评价，并非客气之词。应当说，阎锡山作为同盟会的骨干，投身革命多年，参加太原起义并非投机，但他在紧要关头的机警和园滑却又非常人可比。这使他在历史重大关头获得了厚利，为此后的发展打下了一个坚实的基础。
这年春节；阎锡山要回老家过年。因为是当“大官”后第一次省亲，部下的亲信们就认为这次一定是“衣锦还乡”，因此就安排得异常隆重排场，要显示显示督军的威严和气派。于是，拟了一份筹备计划，有庞大的随从队伍，携带贵重的各色礼品，准备笔挺的洋服和炫目的军服，光大小车辆就备下三十多辆。呈给阎督军以后，阎眯起眼瞅看了一番却摇了摇头，拿起笔全都勾掉了。部下吃惊不小，心想这还不满意，如何是好？不料，阎锡山只要一辆旧吉普车，随员也只有两名士官和一名司机。车开到河边村头，阎即让停车。下车后，又取出随身带着的外祖母亲手缝制的中式衣服，认真地穿戴起来。尔后，让士官和司机跟在自己身后，步行着进了村。一路走，一路跟村民打招呼，说家常，一行四人，足足走了个把钟头才到家。
这个习惯，阎锡山一直坚持了很长时间。当都督不久，他就在家乡大兴土木，耗费重金建设府第，前前后后陆续建设二十多年。近千间房屋的二十多个院落，气势不凡，金碧辉煌。一朝为官，飞黄腾达，光宗耀祖，威风凛凛。他并没有脱出几千年来当官摆架子的常规和心态。而他本人出入河边，却又坚持一副本份的常人打扮。这一方面显现了他出自社会底层，又受儒家文化的影响较深，有比较浓厚的民本思想；而他的行为习惯，既蕴含着浓厚的封建色彩，也显露出淳厚民风的影响。但更重要的另一方面，是体现了他善于以低姿态掩饰自己，以换取百姓的好感。生活中的这种接近平民的作风，与政治上善于韬光养晦相一致，都是阎锡山做人的重要特点。
避难到包头 逢迎袁世凯 保住都督职位
北京眼皮底下的太原起义成功，山西巡抚陆钟琦被杀，还是使清廷大为震动，立即发表吴禄贞为山西巡抚，令其带兵入晋平乱。山西军政府也赶忙调兵遣将，准备抵抗。而此时，清廷内部迫于武昌起义及各省宣布独立的巨大压力，也发生了不小的变化。清廷以小皇帝溥仪的名义下了所谓“罪己诏”并解散了皇室内阁，宣布解除党禁，并令资政院起草宪法。当时，主持小站练兵起家，在变法维新中投机得宠的袁世凯，在慈禧死后，也赋闲在家，等待时机变化。因为他手中有兵权，革命派一方和清政府一方，都把稳定大势的希望寄托在他身上。资政院公举北洋军阀袁世凯为内阁总理大臣，全权组织新内阁。袁世凯欣然接受，正要从武汉北上。面对即将入晋的吴禄贞部，阎锡山一面准备抵抗，一面派出议和专使，到北京与北洋大臣段琪瑞接头，寻求新的靠山。但他没有想到，奉命带兵来山西平乱的新任巡抚吴禄贞，原来是一位老革命党人。
阎锡山刚当大都督时就吃了一吓，还有些心神不定，因此，不免对吴禄贞的邀请满腹狐疑。那是一天晚饭后，卫兵通报说原八十五标三营管带熊国斌求见，阎让进来。熊国斌进门后却一言未发，掏出手枪就向阎开枪。阎大吃一惊，情急之中倒还机敏，一矮身躲到椅子下，躲过了第一枪；熊国斌再开第二枪时，阎已转过神来，抄起脚边的铜痰盂猛砸过去，使他受到惊扰，无法瞄准。而这时，阎的卫兵枪响了，熊国斌受伤当场被擒。熊国斌是满族官员，原本不赞成革命，阎锡山当了都督提拔大批部下，又没有他的份，因此怀恨行剌。虽然这只是一个偶然事件，熊国斌又被扔进石灰池中活活烧死了，却也造成一场不小的混乱，让阎大都督多日心神不宁。熊死后，其部下立即溃散，在太原市内大肆抢劫，阎锡山和副都督温寿泉亲自带兵弹压，好不容易才平定下来。
吴禄贞一再诚恳邀请，又经部下多次劝说，并保证到石家庄没有问题，阎锡山才勉强同意东行。但在预定动身的时候，他又多出一个心眼，谋算说：“石家庄蒙还是不能去。那是吴禄贞的地盘，万一有变，如何是好。”于是又突然变卦，坚持把会面的地方改在�