當天晚上，格羅傑科把俄國援華軍的軍官們召集到一起，，對他們說：“現在我們已經和共和軍合作了，為了彰顯合作的誠意，現在我命令，立即向湖廣總督衙門和日本援華派遣軍司令部發動進攻。”接到命令後，武昌城內的俄軍全部行動起來在格羅傑科和阿列科夫率領下，兵分兩路向清軍和日軍發動進攻。守衛湖廣總督衙門的清軍躲在沙袋堆成的工事裏開槍還擊，俄軍就地臥倒和清軍對射。打了一會兒，格羅傑科發現自己兵力有些單薄，叫過兩個傳令兵讓他們去城外的俄軍軍營及共和軍前線指揮部送信。
    劉偉晨收到俄軍請求支援的消息後，立即報告給唐峰，唐峰批示：暫且不要增援，讓清軍、俄軍、日軍互相攻擊，損耗各自的實力。我軍二十分鍾後前去支援，坐收漁利。徐浩峻看過之後非常疑惑，問劉偉晨：“總參謀長，戰機稍縱即逝，總司令為何命令我們暫且不要增援。”劉偉晨站起來，在帳篷裏踱了兩圈步後回答：“現在我國境內的俄軍人數眾多，如果我們推翻清政府，趕走日本人之後，他們賴在這裏不走，可就麻煩了。我猜總司令是想借清軍和日軍的手削弱俄軍的力量。你去告訴俄軍傳令兵，讓他先回去，我軍馬上集合隊伍前去增援。”徐浩峻把劉偉晨的話告訴俄軍傳令兵。過了一會，劉偉晨下令蛇山上的共和軍炮兵開火，支援俄軍的行動。格羅傑科見共和軍開始炮擊，急忙下令在總督衙門附近點起火堆，為共和軍指示目標。炮擊結束後，徐浩峻帶著兩個團從俄軍防區進入武昌城，他發現清軍據守在以總督衙門為中心的幾座建築物裏，和俄軍對射，立即命令部隊投入戰鬥，共和軍開槍之後，清軍很快就打出了白旗，向共和軍投降，總督衙門被共和軍占領，清政府湖廣總督張之洞和負責督戰的瑞親王載琦成為俘虜，日本援華派遣軍司令長官山縣有朋見大勢已去，率領部隊逃之夭夭。