自同盟会成立伊始，黄兴就注重在清廷新军中秘密发展革命者，并在日本学军事的同盟会员中组织“丈夫团”,让“丈夫团”团员回国后打入新军内部，秘密发展组织，继而掌握兵权。经过五六年的经营，在十几个省份的新军、防营、部分警察中都有革命党人的组织。

　　虽然起义失败给革命党带来挫折，但之后革命组织恢复得很快，同情革命的士兵和军官越来越多。新军中下至士兵上至镇统制（师长）都有革命党人，有些清军陆军学堂甚至成了革命党人的军校，有些地区新军的将校半数为革命同志，甚至清廷的兵部也有革命党人。

《致孙中山述革命计划书》的出台

　　1905年同盟会成立后，革命党人先后发动了十余次武装起义，但均告失败。1910年5月13日，黄兴写下《致孙中山述革命计划书》寄给孙中山时，阐述对起义的意见。他提出起义“必能从军队下手”,择地“必能从省城下手”的新思路，其主要内容可概括为以下几点：

　　一、革命动力从主要依靠会党和华侨转为主要依靠运动新军反正；

　　二、发难地点由边陲地区转为省城和中心城市，武器弹药主要靠夺取清军的装备，“省城一得，兵众械足，无事不可为”;

　　三、起义方式和目标，由局部的扰乱性起义转为有计划的“谷中一鸣，众山皆应”的全面起义，建议以夺取广州为先声，同时联合其他省的军队和会党响应起义，进而夺取全国胜利；

　　四、起义干部的任用上，由依赖单独一省一地转为调动全国各省革命党人才，并且并不只限于同盟会内部，使之团结协作，“分担责任，各尽其才，事无不成矣”.

　　信中同时建议召开一次党内大型会议，研究制定全面的起义方略，抽调各省得力干部，团结一致，动员全部的人力物力，分担负责，统一进行。

　　6月7日，黄兴抵达日本，和孙中山等同盟会主要领导人多次进行秘密会谈。孙中山接受了黄兴信中的建议，决定停止小型起义，积蓄力量，发动全国起义。

槟榔屿会议的决定

　　此后，孙中山抵达马来西亚槟榔屿。黄兴等十几位同盟会重要干部赶到那里，参加了槟榔屿会议。会议决定在广州举行起义，起义以新军为主力，另外选择500名志士充当“选锋”（敢死队）“任发难及领导各军之责”（这是因为新军士兵只有演习和实战时才配给子弹。所以必须有人先发难，引清廷为实施镇压发下子弹后，才能全面起义）。同盟会计划占领广州以后，由黄兴率领一军出湖南趋湖北，赵声率领一军出江西趋南京，在南方各省响应起义后移师北伐。

　　黄兴被推举为起义的统筹部长，同时在广州设立秘密机关40余处，并开展宣传、筹款、运动新军、购买运输枪械、制造炸弹、选派“选锋”等工作。国内外革命人士得到消息后，立刻组织募捐、购置武器、选派“选锋”、设立和扩大机关，准备积极响应起义。

黄花岗起义的准备工作

　　从1911年2月底开始，黄兴派熊克武、林直勉、喻培伦等入广州进行详细侦查；摸清情况后，编制起义计划、安排人员武器的部署。另外，针对清军水师提督李准，制定了暗杀计划。4月8日，统筹部决定起义日期定在4月13日，调集“选锋”800人，分10路进攻，同时接应新军、防营反正。赵声为总司令，黄兴为副。“选锋”之外，加设放火委员，以扰乱清军军心。

　　但是，就在同一天，刚由南洋回国的同盟会会员温生才擅自行动，刺杀了广州将军孚琦，而美洲的捐款和由日本购买的军械也未到达，因此起义日期不得不推迟到4月26日。

　　4月23日，黄兴等由香港潜入广州，在两广总督衙门附近的小东营五号设立起义指挥部。由于从日本和越南运来的部分军火要等到4月26日才能到，起义再次改期到4月27日。

　　起义前夕，有报告说：革命党内混入了奸细，清廷已有戒备。黄兴在权衡敌我力量对比后，仍决定于4月27日起义，但临时将10路起义计划改为4路，并要求在香港的革命者于27日赶到广州参战。

　　集结在香港的起义者有300多人，但多数已经割去辫子，集中去广州容易暴露，结果只得分批到广州。

　　27日下午4时，有人赶到起义指挥部转告香港方面的情况，并要求暂缓一日，但黄兴考虑到再拖一日有可能暴露，于是在下午5时30分，带领“选锋”120余人打响了黄花岗起义。

《计划书》的意义和影响

　　虽然黄花岗起义失败了，但因为同盟会在槟榔屿会议时和黄花岗起义前已经按照《致孙中山述革命计划书》的精神做了举行全国起义的部署，各地的革命党都加紧了活动。保路运动爆发后，黄兴支持宋教仁、谭人凤和陈其美等成立中部同盟会，将革命活动的重心及时转移到武汉和长江流域。半年后以新军为主体的武昌起义爆发。在辛亥革命胜利后，对于《致孙中山述革命计划书》，同盟会元老都予以积极的评价。如张静江评述“此函于革命史具大关键”;而胡汉民评价此书“其后进行计划，大略如书中所言，则此书为革命文献中不朽之作”;曾醒三则评价此书“详陈辛亥革命之宏谟，创建民国之百年大计……怠与武卿侯之出师表相伯仲洵谠论也！”另一位国民党元老吴稚晖则评价此信为“开国大谋！”