山到达上海。上午9时45分，孙中山乘“地湾夏”号轮船到达上海，受到了上海人民的热烈欢迎，上海外滩十六铺金利源码头上挤满了欢迎的群众，各国领事和记者也都赶来参加。孙中山在租界码头登岸后，乘汽车赴静安寺路哈同花园。咸马理夫妇、胡汉民等同船到达。孙中山在哈同花园会见了伍廷芳、黄兴、陈其美、汪精卫等人。下午2时30分，由伍廷芳邀至爱文义路100号伍宅会谈。《大陆报》记者问孙中山带了多少钱回来，孙中山回答：“革命不在金钱，而全在热心。吾此次回国，未带金钱，所带者精神而已。”
孙中山回国之时，国内正进行南北和议。他反对妥协议和，坚决主张运用革命武力统一全国，彻底扫除北方的专制余孽，明确表示：“革命之目的不达，无和议之可言也。”他的态度鼓舞了反对和议的革命党人。在他的督促下，南京的各省代表会议作出决议，通电各省，作战计划仍继续进行。
12月26日。孙中山召开同盟会高级领导人会议。讨论总统制与内阁制之取舍，决定总统人选。孙中山主张采取总统制，以便集中权力维护革命成果。宋教仁则主张采取内阁制，设总理。会议还决定先期分别向各省代表示意，选举孙中山为临时大总统，并由马君武著文在《民立报》上披露。
各省代表会议议决12月29日选举临时大总统。同时议决作战计划继续进行。
12月27日。孙中山会见各省代表会议代表。商谈组织临时政府问题。孙中山主张：“要选举，就选举大总统，不必选举大元帅，因为大元帅的名称，在外国并非国家之元首。”有代表说，袁世凯的代表唐绍仪曾表示，如南方能举袁为大总统，则袁亦可赞成共和。孙中山答：“那不要紧，只要袁真能拥护共和，我就让给他。不过，总统就是总统，临时字样，可以不要。”孙中山又说：“本月十三日为阳历一月一日，如诸君举我为大总统，我就打算在那天就职，同时宣布中国改为阳历，是日为********元旦，诸君以为如何？”有代表说：此问题关系甚大，因中国用阴历，已有数千年的历史习惯，如毫无准备，骤然改用，必多窒碍，似宜慎重。孙先生说：“从前换朝代，必改正朔，易服色，现在推倒专制政体，改建共和，与从前换朝代不同，必须学习西洋，与世界文明各国从同，改为阳历一事，即为我们革命成功第一件最重大的改革，必须办到。”
黄兴赴南京出席各省代表会议，提出三条：一、改正朔用阳历。二、起义时以黄帝纪年，今应改为********纪元。三、组织政府采用总统制。一二两条合并讨论，全体赞成通过，宋教仁坚持内阁制，反对总统制。讨论颇久，多数赞同通过总统制。
唐绍仪电请袁世凯代奏，民军坚持共和，请即明降谕旨，召集临时国会，决定国体。袁内阁召开全体会议，以南方坚持共和，和议难以进行，议决总辞职。
12月28日。上午10时，各省都督府代表联合会开会，马君武报告在沪与孙中山接洽经过。对保留总统位置予袁一节，认为不必要。因各省有未独立者，正式宪法尚未制订，正式总统亦无从产生，仍须冠以“临时”字样。于改用阳历一节，辩论甚久，始获通过。旋决定于次日举行总统选举会。
是日晚，各省代表会举行临时大总统选举预备会，投票选举临时大总统候选人。投票后并未开箱。决定次日举行正式选举时，采用无记名投票法。
隆裕皇太后命召集临时国会，以共和立宪国体付公决。
12月29日。孙中山当选为********临时大总统。各省代表会议在南京召开正式选举临时大总统会议，参加会议的代表有17省45人。山西代表景耀月、李素、刘懋赏，陕西代表张蔚森、马步云、赵世钰，江苏代表袁希洛、陈陶遗、雷奋、马良，安徽代表许冠尧、王竹怀、赵斌，江西代表林森、赵士北、俞应麓、王有兰、汤漪，浙江代表汤尔和、黄群、陈时夏、陈毅、屈映光，福建代表潘祖彝，广东代表王宠惠、邓宪甫，广西代表马君武、章勤士，湖南代表谭人凤、廖名、邹代藩、刘揆一、欧阳振声，湖北代表马伯援、杨时杰、王正廷、胡瑛、居正，四川代表萧湘、周代本，云南代表吕志伊、段宇清、张一鹏，山东代表谢鸿焘、雷光宇，河南代表李、黄可权，直隶代表谷钟秀，奉天代表吴景濂到会。议长汤尔和为主席，刘之洁任监选员。正式选举前，将前一天夜晚预备会投票公布，计有候选人资格者只有孙中山、黎元洪、黄兴三人。接着由各省代表投票，开票结果，孙中山得16票，黄兴得1票，孙中山以超过投票总数的2／3以上，当选为临时大总统。全体代表起立欢呼“中华共和国万岁”三声。是时乐声大作，在场代表及列席之各界代表互相庆贺。
代表会议作出决议，各省代表具签名书，交由正副议长汤尔和、王宠惠到上海，欢迎孙中山来南京就职临时大总统。代表会将选举结果电告孙中山及各省。并通知各省都督府，请每省选派参议员三人来南京组织参议院。
孙中山在上海得知自己当选的消息后，立即复电南京