当天晚上，格罗杰科把俄国援华军的军官们召集到一起，，对他们说：“现在我们已经和共和军合作了，为了彰显合作的诚意，现在我命令，立即向湖广总督衙门和日本援华派遣军司令部发动进攻。”接到命令后，武昌城内的俄军全部行动起来在格罗杰科和阿列科夫率领下，兵分两路向清军和日军发动进攻。守卫湖广总督衙门的清军躲在沙袋堆成的工事里开枪还击，俄军就地卧倒和清军对射。打了一会儿，格罗杰科发现自己兵力有些单薄，叫过两个传令兵让他们去城外的俄军军营及共和军前线指挥部送信。
    刘伟晨收到俄军请求支援的消息后，立即报告给唐峰，唐峰批示：暂且不要增援，让清军、俄军、日军互相攻击，损耗各自的实力。我军二十分钟后前去支援，坐收渔利。徐浩峻看过之后非常疑惑，问刘伟晨：“总参谋长，战机稍纵即逝，总司令为何命令我们暂且不要增援。”刘伟晨站起来，在帐篷里踱了两圈步后回答：“现在我国境内的俄军人数众多，如果我们推翻清政府，赶走日本人之后，他们赖在这里不走，可就麻烦了。我猜总司令是想借清军和日军的手削弱俄军的力量。你去告诉俄军传令兵，让他先回去，我军马上集合队伍前去增援。”徐浩峻把刘伟晨的话告诉俄军传令兵。过了一会，刘伟晨下令蛇山上的共和军炮兵开火，支援俄军的行动。格罗杰科见共和军开始炮击，急忙下令在总督衙门附近点起火堆，为共和军指示目标。炮击结束后，徐浩峻带着两个团从俄军防区进入武昌城，他发现清军据守在以总督衙门为中心的几座建筑物里，和俄军对射，立即命令部队投入战斗，共和军开枪之后，清军很快就打出了白旗，向共和军投降，总督衙门被共和军占领，清政府湖广总督张之洞和负责督战的瑞亲王载琦成为俘虏，日本援华派遣军司令长官山县有朋见大势已去，率领部队逃之夭夭。