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。