孫中山於四月二十七日抵達南京，當晚召開了同盟會高層幹部會議。會議一致推舉孫中山為中華民國臨時政府的臨時大總統。然而當晚就國家政體的討論卻產生了極大的分歧，孫中山認為以中國目前現狀當仿效美國施行總統製，而宋教仁卻堅持執行內閣製。孫中山與宋教仁發生嚴重爭執，不過最終還是妥協執行內閣製，一番周折之後，推選黃興為內閣總理。
次日，孫中山率領同盟會高層在兩江總督府召開全國代表選舉大會，十七省代表共計五十一人參與此次大會。然後代表大會一致否認內閣製，最終又複改為總統製。第一輪選舉各省代表各一票，結果以孫中山十四票、黃興三票（曆史上孫十六票、黃興一票），毫無懸念的決定了中華民國臨時大總統的人選。
當天正午，南京發出全國通電：“本日在寧開臨時大總統選舉會，到會者十七省。孫中山先生當選為臨時大總統，特此通告。”孫中山也在選舉會議之後，向各省都督發出專電：“廣州舉義，四海雲從，列國輿論，歌誦民軍，無微不至，而尤欽佩公之艱苦卓絕。文於中國革命，雖奔走有年，而此次實行，並無寸力，謬蒙各省代表舉為總統，且感且愧，惟有勉為其難，以副諸公之盛意。武漢為全國之樞紐，公之責任維艱，伏維珍重。”同時還以同盟會總理名義，特發了一份加急電報到上海，向吳紹霆專程致意。
吳紹霆於當晚在前往南京的船上複電致孫中山：“頃接各省代表會蒸電稱：臨時大總統之任，先生當選，曷勝欣賀！先生識高千古，慮周全球，挽末世之頹風，複唐虞之盛治，使海內重睹漢官威儀，不獨四萬萬同胞之福，即東西各國亦莫不景仰高風，為中華民國慶！專此電賀。中華民國萬歲！中華民國大總統萬歲！”