12月27日，黄兴与宋教仁赴南京参加各省代表会议。会上，黄兴提议三事：“一、改用阳历，二、改为中华民国纪元，三、政府组织取总统制。”讨论结果：第一、二两事并为一案，全体赞成；第三事仍有分歧，宋教仁仍主内阁制，经黄兴剀切说明提案理由后，多数赞成总统制。
12月29日，各省代表会议在南京用无记名投票法选举临时大总统。参加选举的代表共有17省49人：山西景耀月、李素、刘懋赏，陕西张蔚森、马步云、赵世钰，江苏袁希洛、陈陶遗、雷奋、马良，安徽王竹怀、许冠尧、赵斌，江西林森、赵士北、俞应麓、王有兰、汤漪，浙江汤尔和、陈时夏、黄群、陈毅、屈映光，福建潘祖彝，广东王宠惠、邓宪甫，广西马君武、章勤士，湖南谭人凤、廖名搢、邹代藩、刘揆一、欧阳振声，湖北马伯援、杨时杰、王正廷、胡瑛、居正，四川萧湘、周代本，云南吕志伊、段宇清、张一鹏，山东谢鸿焘、雷光宇，河南李鎜、黄可权，直隶谷钟秀，奉天吴景濂。议长汤尔和为主席，刘之洁为监选员。首先公开先前推举的3位临时大总统候选人：孙中山、黎元洪、黄兴；然后正式投票选举临时大总统，每省1票，共计17票。投票结果：孙中山得16票，满投票总数2/3以上，当选为临时大总统。随后会议议决：各省代表具签名书，交正、副议长，到上海欢迎临时大总统到南京就职。