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