为工程八营遭暴露，结果不得不提前发动了起义之后，离得最近的他率二十九标内的同志响应，先是控制了二十九标旋即率领有了武装的革命军猛攻督署，为城中的各处新军向楚望台军械所集合奠定了基础。不过也是因为如此，令其失去了城中新军的指挥之位，白白让于了中间派的吴兆麟。其人心思缜密，不过对于军事指挥手段却也欠缺一些，二十九标以血肉之躯猛攻高墙之后重兵把守的督署，虽然令周围清兵不得支援城中各营起义，却也付出了巨大的死伤，依旧强攻不下。好在其情急智生，令人取了棉衣浇煤油纵火，顷刻间火烧督署，并为炮队提供了射击目标，这才重伤了督署内的守军，但是实力大损的二十九标也无力追击，结果令湖广总督瑞澄、第八真统制张彪等人逃掉。其后又率队攻下藩署。湖北军政府成立，因不喜争权夺势，只做了个谋略处的主要负责人。阳夏战争爆发，黄兴赴汉任总司令，蔡任经理部副部长，每次战斗，必亲往督阵，黄称其为“鄂中军人之巨擘”。后主军务部，整军施教，军官咸服，章太炎誉之为“后汉二十八将俦”。为抚恤伤军，主持筹建铁血伤军毕恤会，任会长，为教育遗孤，又办遗孤教养所。
1912年10月，袁世凯授蔡以陆军中将衔，电辞不受；袁又调其进京，仍留湖北不去。1913年初，任鄂督黎元洪的参谋长。“宋案”发，在湖北参与组成改进团，主持反袁，事败后走日本。次年加入中华革命党。袁多次派遣说客赴日，重币甘言劝其回国，终不为所动。1915年1月，受孙中山命任湖北革命军司令长官。1916年春在武汉召集旧部运动炮队举事，因配合不力而致败。1917年11月参加荆襄自主之役，一度
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