当晚，起义爆发后，张振武积极投入其中。
武昌起义后，参与组建湖北军政府，任军务部副部长，代行部长职。主持军务十余日部署有序，颇具胆识。
保卫汉口、汉阳期间，凡民军赴前线，必亲往激励，以振士气。并多次印发白话文告，阐明革命大义及作战要领。
汉口失陷，派人往各州县办理民团。又亲赴青山、张公祠、梅子山、扁担山一带布置防御，并派员在前线招降北兵。
汉阳危急，亲率部属驰援，激战中负伤落水，几至溺死。后退守武昌，鼎力襄助总监察刘公守城。黎元洪出走葛店，主张去黎另举贤能，为黎所深恶。
汉阳失守、革命军士气陷入低潮，黄兴主言放弃武昌、退走南京之际，又是张振武坚辞批驳，以示反对。
张认为，武昌和汉阳有大河相隔，北洋军要想攻下并非易事；就算能攻下，也为其他各地革命赢得了宝贵时间。
至于黄兴所谓南下攻取南京，他认为不过是洪秀全一般的结局，并无可取之处。
北洋军炮轰武昌，炮弹一度落入军务处并炸死炸伤卫队三十余人，一颗流弹甚至落在了会议桌旁。
与会人等均吓得面如土色，唯张振武坦然笑道“可移至楼下，照常办公，不必惊恐！”过人胆识可见一斑。
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