作為清末新政的重要內容，編練新軍並未如期完成。但對清朝統治者而言，真正的肘腋之患卻是新軍軍心與帝國朝廷的漸行漸遠。 1905年，延續一千多年的科舉制度最終被徹底廢除，所引發的“蝴蝶效應”也波及到了新軍，“當時科舉制甫停，一般讀書計程車子大都沒有出路，一時投筆從戎者相當踴躍”。一般的青年知識分子只要在武備學堂學習兩年，畢業後即可以獲得與知縣品級官階相當的職位。這就吸引了一批文人士子投筆從戎，尤其是湖北新軍甚至被看作“秀才童子之新軍”。

這就使得民主革命的思想在新軍特別是中下級軍官中得以普遍傳播。尤其是1911年初，湖北當局迫於財政危機，被迫削減官兵薪餉。5月以後，軍官減薪40%，士兵減餉約20%-30%，而此前一個混成協甚至已欠發薪餉好幾個月。拖欠乃至大幅度削減薪餉引起官兵極大不滿，“為革命宣傳暢開方便之門”。到辛亥革命前夕，湖北新軍一萬五千餘人中，“純粹的革命黨人將近兩千人，經過聯絡而同情革命的約四千多人，與革命為敵的至多不過一千餘人，其餘都是搖擺不定的”。1910年7月，一位來華的美國傳教士W·卡爾奧已在給國務卿的一份急件裡寫道：“有一點是不會令人感到意外的……真正的革命將由中國（軍隊）下級官佐發動”。此公一語成讖， 15個月後，武昌起義的革命之火，正是由湖北新軍所點燃。

武昌起義的訊息傳到北京，清廷毫無懸念地決定派北洋陸軍南下鎮壓——放眼中國也只有北洋陸軍能夠與湖北新軍一較高下了。“只知有袁宮保，不知有大清朝”的北洋陸軍透過一段時間的“消極怠工”使袁世凱如願以償得以復出掌握清政府的實權，隨後便向革命軍發起了真正的攻勢，在大智門的戰鬥中，北洋；陸軍用75mm山野炮轟擊大智門，而革命軍主要靠漢陽兵工廠生產的57mm山炮進行還擊，兩軍大戰頗為劇烈。在辛亥革命爆發前，清政府購進了五十多挺馬克沁水冷式重機槍，北洋各軍每標均增設“機關炮隊”，北洋軍將這種在日俄戰爭中被冠以“殺人機器”的重機槍於京漢鐵路線上排列，士兵躲避在列車中進行射擊，使得北洋軍在進攻武漢新軍時獲得巨大優勢；湖北新軍的裝備畢竟遜色一籌，最關鍵的一點就是機槍匱乏，此時革命軍甚至從楚望臺軍械庫中拖出早已被淘汰的“六管神機炮”（金陵製造局仿製的格林轉膛機槍）使用。最終革命軍不支，北洋軍趁勢連奪漢陽、漢口。革命黨領導人黃興總結戰事失利的原因時也提到革命軍與北洋軍相比最大的劣勢就是缺少機槍火力的支援。

北洋陸軍雖然在武漢三鎮壓倒了湖北新軍為主體的革命軍，但辛亥革命的烈火已然燎原。除了在袁世凱嚴密控制下的北洋六鎮以外，南方各省如浙江、湖南、雲南和廣西等省的新軍，基本都由革命黨人所掌握，此時更是群起響應。狡猾的袁世凱在南北和談取得了革命黨人讓以大總統之位的保證之後，便轉過身來向隆裕太后與溥儀這對孤兒寡母逼宮了——充當馬前卒角色的正是清廷巨資組建的北洋陸軍。1912年1月26日，以段祺瑞領銜的北洋陸軍47名高階將領聯名通電，要求“立定共和政體”；15天后，迫於“南中各省，既倡義於前，北方將領，亦主張於後”，隆裕太后以下詔宣佈溥儀退位，為兩千年的封建帝制劃上了句號。