2月13日，袁世凯拍电报向南京临时政府表示：“共和为最良政体，清帝既明昭辞位，永不使君主政体再行于中国。”孙中山接到电报后即履行诺言，向参议院送交了辞去临时大总统职务的咨文，并向参议院推荐袁世凯继任临时大总统。
因为满清政府终于退让出统治200余年的中原大地，1912后2月15日上午11点，孙中山率领各部及右都尉以上将校，赴明孝陵举行祭告礼，孙中山统率军民谒陵，并宣读谒陵文。下午2点，总统府举行庆贺南北统一共和成立礼。孙中山发表演说：
清帝退位，南北统一，袁公慰廷为民国之友，盖于民国成立事业功绩极大。今日参议院选举总统，若袁公当选，余深信必能巩固民国。至临时政府地点，仍设南京。余于解任后，亦仍愿尽力于新政府也。
按孙中山的想法，他希望将国都继续保留在革命党势力之内的南京，以对袁世凯有所约束。岂料，在用记名投票法表决时，28票中有20票主北京，而南京只有5票，与孙中山的初衷相悖。
据吴玉章回忆，本来在参议院中，革命党人占据多数，是完全可以根据孙中山的意见通过建都南京、反对迁都北京的。但2月14日一开会时，一位叫李肇甫的革命党人，却跑到台上大放厥词，说了一通迁都北京的必要，而后，“赞成迁都北京的人便成了多数。”
孙中山和黄兴知道此事后，非常生气，当天晚上便把李肇甫叫来大骂一顿，并限次日中午12时以前必须复议改正过来。
15日晨，秘书处把提请复议的咨文作好后，需要总统盖印，而这时总统已动身祭明孝陵去了，我急着去找黄兴，他也正在穿军装，准备起身到明孝陵去。我请他延缓时间，他说：“过了12点如果还没有把决议改正过来，我就派兵来！”说完就走了。这怎么办呢？只好找胡汉民去。好容易才把他找到，拿来了钥匙，开了总统的抽屉，取出他的图章盖了印，把咨文发了出去。同时，并通知所有的革命党人，必须按照孙中山的意见投票。经过我们一天紧张的努力，当天召开的参议院会议终于把14日的决议纠正过来了。
而胡汉民的记述与吴玉章有差异，他说章太炎等人最反对定都南京，他们认为定都南京不足以控制东北，也即意味着放弃满、蒙，参议院诸员也为其言论所动。不管其真正原因为何，参议院总算在第二次重新投票中统一了意见，决定仍定都于南京。
孙中山多次去电催促袁世凯到南京就职，但袁不愿离开自己的势力范围，去南京受革命党人操控，他复电南京方面称：“与其孙大总统辞职，不如世凯退居，……今日之计，惟有由南京政府将北方各省及各军队妥筹接收以后，世凯立即退归田里，为共和之国民。当未接收以前，仍当竭智尽愚，暂维秩序。”
屡次敦促袁世凯南下无果，孙中山于是派蔡元培、汪精卫、宋教仁等为“迎袁专使”，去北京迎接袁世凯，2月21日他们到北京时，还受到了袁世凯盛大的欢迎。
2月29日夜里，迎袁专使团正在议事时，突然枪声大作，东城和前门一带，火光冲天，发生兵变。混乱中，一些士兵竟持抢闯入迎袁专使的驻地，蔡元培等人仓皇逃到六国饭店。当夜枪声未断，第二天哗变的范围迅速扩大，甚至天津保定的北洋军也纷纷出动，放火、抢劫，焚毁衙门，数千家市民惨遭劫掠，一时人心惶惶。
袁世凯是这出闹剧的幕后主使，似乎已成了历史定论，目的是以此借口，制造一旦南下、北方将大乱的假象，但也有一些学者对此存疑：袁世凯未必知情。不管袁世凯是否真的是这一幕的“总导演”，它客观造成的结果确实对袁世凯有利。蔡元培等人在惊恐之余，连电南方说明袁大总统走不得，必须“改变临时政府地点”，“速建统一政府，为今日最要问题，余尽可迁就，以定大局”。这样，“迎袁专使”反倒成了“留袁专使”。
于是一切按袁世凯的心意继续发展。3月6日，经参议院议决：允袁世凯在北京受职、宣誓、拟定国务院组成人员名单，电达参议院批准，然后接管南京临时政府，孙中山卸职，临时政府迁都北京。
1912年3月10日，袁世凯在北京宣誓就职。蔡元培代表孙中山致辞祝贺。而在这一天，孙中山与胡汉民、孙科等前往紫金山狩猎，提及希望自己百年后葬于紫金山之意。一面是志得意满的袁世凯，一面是有点黯然神伤的孙中山，这样的历史画面不能不令人感慨万端！
宣扬民生主义，筹划全国铁路
袁世凯就职后，孙中山公布了采行法国式责任内阁制的《中华民国临时约法》，袁世凯遂任命唐绍仪为民国第一任国务总理，并负责组阁。完成一切法律程序后，袁、唐新政府正式确立，南北一统。信守诺言的孙中山于1912年3月31日辞去了临时大总统一职。从就职到辞职，孙中山只做了45天的临时大总统，这不仅在民国史上是最短的一任总统，在中华5000年历史上，也是在任最短的开国元勋了。
南京同盟会会员为孙中山举行了饯别会，孙中山在会上发表演讲，阐述了他的民生主义思想，这实际上也是孙中山在未来一段时间里为自己所作的规划。
在孙中山看来，在中国实行民生主义，就是一面图国家富强，一面防止资本家之流弊。他用自己多年在国外的考察和比较，提出了一套实行民生主义的途径和方针。
4月7日，孙中山应蔡元培之邀，乘火车到南京，改乘军舰，与胡汉民、汪精卫、廖仲恺等20多人到达武汉，同行的还有孙中山的儿子孙科及女儿孙婉以及新从美国毕业归来、年轻貌美的英文秘书宋霭龄等。他们乘马车经过的长街两旁，各路店铺民房都张灯结彩，男女老少都夹道欢迎，孙中山于是让马车缓缓而行，人人都以亲眼目睹几十年领导推翻清政府的革命领袖为荣。
4月25日，孙中山到达广州，自从1895年发动第一次广州起义失败后，孙中山已有17个年头没有踏上家乡的土地。孙中山到达时，广州城内万人空巷。5月底，孙中山又回到了阔别17年的故乡翠亨村，与卢夫人、长兄孙眉等亲人团聚，孙中山只在家里停留了短短3天又返回广州，这也是他最后一次回到故乡。
这段时间孙中山的演讲内容，都集中在“民生主义”上。回望近代中国，孙中山算是自有一套颇具原始性的建国蓝图的最高当国者。他那一套建国思想，形成所谓三民主义的理论，至此已相当成熟。辛亥之后，他对袁世凯曾寄以热忱的厚望，认为在袁氏治下，他的民族、民权两主义，已相当成功了。如今所余者只剩个民生主义有待实行。
孙中山关于民生主义的言论，在国外激进人士中引起热烈回应。他的一部分演说，被译成法文后载于7月11日比利时工人党机关报——布鲁塞尔《人民报》，又由法文译成俄文，载于俄国布尔什维克报《涅瓦明星报》上。列宁在该期刊物中发表了《中国的民主主义和民粹主义》，高度评价孙中山的纲领：
孙中山纲领的每一行都渗透了战斗的、真实的民主主义。它充分认识到“种族”革命的不足，丝毫没有对政治表示冷淡，甚至丝毫没有忽视政治自由或容许中国专制制度与中国“社会改革”、中国立宪改革等并存的思想。这是带有建立共和制度要求的完整的民主主义。它直接提出群众生活状况及群众斗争问题，热烈地同情劳动者和被剥削者，相信他们是正义的和有力量的。
会晤袁世凯
从表面上看，袁世凯最初也希望能与孙中山保持一个良好的关系。1912年4月，袁世凯两次向孙中山发出北上共商国是的邀请，为了表示“诚意”，袁世凯又派他的长子袁克定到上海迎接。袁世凯还以孙中山辞大勋位而拨美金1万元，资助孙科夫妇及其两个妹妹作留美学费。
6月底，袁世凯因内阁问题与同盟会冲突，急需借孙、黄两人之力，于是再次电请孙中山北上，以“调和党争”，孙中山于是回电答应了袁世凯。
就在孙中山启程前两天，袁世凯和黎元洪合谋枪杀了革命党人张振武与方维，这立即遭到了同盟会的强烈反弹。中国同盟会宣布革去黎元洪协理一职并除名，其他党派议员也联名对黎、袁提出质问及弹劾。
蔡元培等人认为袁世凯“不足信”，反对孙、黄二人北上。孙中山虽然对黎、袁的行为也颇为不满，但为了顾全南北统一大局，又被袁世凯的辩解所迷惑，他极力主张平息风潮，还给黄兴发电报敦促其北上。对劝阻他本人前往会袁的人，孙中山回答：“无论如何不失信于袁总统，且他人皆谓不可靠，我则以为可靠，必欲一试吾目光。”遂与夫人卢慕贞及居正、魏宸组等启程北上。
孙中山于8月24日下午到达北京，袁世凯派亲信赵秉钧代表欢迎，又为孙中山准备了朱漆金轮马车，由正阳门入城。孙中山本想在第二天再拜会袁世凯，但袁表现得积极主动，当晚就派人来迎接孙中山。
据当时参加这次会见的人回忆，当时孙中山到了铁狮子胡同总统府，由内客厅步行出来，站在台阶口准备迎接。这时袁世凯的马队也飞驰而到，平素袁一向上下车皆须侍从搀扶，但这一次他摆手示意侍卫不要搀扶，自己硬撑着走上台阶，表示步履轻健的样子，走到台阶的最高两级他步趋慢了下来。孙走前两步，前来握手，袁亦肃然趋前握手，说：“先生路上一定很辛苦吧。”
袁世凯对这次会面显得很庄重，身穿军服、佩刀。当时军礼，室内待宾须脱帽并摘下佩刀。袁或因当天过于兴奋又相当紧张，竟将礼节忘记。他平素有挠头的习惯，落座以后，袁照常挠鬓，因手触帽，忽觉自己未曾脱帽、摘刀，于是赶紧用手解摘佩刀，而佩刀在腰间撑得很紧，一时解摘不下，才慢慢用左手把军帽脱下。一时间稍显窘迫。
在孙、袁说话之间，卢夫人由厅旁内室走出相见，宋霭龄则陪在卢旁。那时宋的身份是卢夫人秘书兼翻译。袁世凯对卢夫人也显得很客气，致问饮食及路上情形周到备至。袁世凯比孙中山大7岁，但相比之下，孙态度肃穆自然，而袁则拘束异常，两人显然不在一个层面上。
当晚袁世凯请孙中山和卢夫人在总统府大礼堂晚宴，约了内阁阁员作陪，两人席间并未正面谈及政治问题。袁世凯在欢迎辞中客套说：“财政外交，甚为棘手，尤望先生不时匡助。”孙中山答辞表示：“惟自军兴以来，各处商务凋敝，民不聊生，金融滞塞，为患甚巨。挽救之术，惟有兴办实业，注意拓殖，然皆恃交通为发达之媒介。故当赶筑全国铁路，尚望大总统力为赞助。”袁世凯在孙中山走后对别人说：“不图中山如此瞭亮！”而孙中山也对身旁人评价：“袁总统可与为善，绝无不忠民国之意，国民对袁总统，万不可存猜疑心，妄肆攻讦，使彼此诚意不孚，一事不可办，转至激迫袁总统为恶。”看得出来，孙中山最初还是心存善意，以国家大局为重，希望事态朝着好的方向发展。
孙中山此次在北京逗留约一星期有余，袁世凯嘱咐身边亲信陪孙共谒明陵、游居庸关、至张家口，每天再将亲信召至府中，打探孙中山的举止、语言等。这段时间是孙、袁关系的蜜月期，两人会面13次之多，且多为密谈，有时只有总统府秘书长，有财神爷之称的梁士诒在座。据梁回忆，每次谈话时间自下午4时至晚10时，有几次甚至谈至次晨2点。
在一日宴会上发生了一件不甚愉快的插曲。据袁世凯身边的张国淦日记记述：
中山来京后第三天，袁世凯在迎宾馆设筵为其洗尘，到者有四五百人，在大厅布置┌┐形餐案，孙及其随员北面南向坐，袁及内阁阁员及高级官吏皆向坐，北洋一般军官坐在东西两排，孙、袁在正中对坐。入座后说了一些普通客套话，吃过一个汤，第二个菜方送上来，便听到西南角上开始吵嚷，声音嘈杂，说的都是“共和是北洋之功”，随着又骂同盟会，认为是“暴徒乱闹”，随着东南角也开始响应，并说“孙中山一点力量也没有，是大话，是孙大炮”、“大骗子”。这时两排的军官已经都站了起来，在吵嚷的同时，还夹杂着指挥刀碰地板、蹬脚和杯碟刀叉的响声，但都站在自己的座位呼喝乱骂。中山态度还是从容如常，坐在他旁的秘书宋霭龄也不理会。仍照旧上菜，只是上得很慢。
我当时想袁或段（陆军总长段祺瑞）该说一说，你们不能胡闹，但他们始终没有作声。闹了有半小时左右，似乎动作很有步骤，从当时的情形看，显然是布置好的。起头的是傅良佐等�