在反袁驅湯的準備階段，張孝淮與周家的聯絡更為頻繁。

1915 年 10 月，張孝淮秘派人前往湘西辰溪，與周緒瑞、周承業會面，雙方達共識：湘西革命軍與湘南守備師結 “湘省反袁驅湯同盟”，湘西負責牽制湖南新軍的西路兵力，湘南則從南路進攻長沙；雙方共同推舉張孝淮為 “湖南討袁軍總司令”，待推翻湯薌銘後，由張孝淮擔任湖南都督，周家則保持湘西的相對獨立，雙方共同維護湖南的穩定與統一。

為擴大反袁陣營，張孝淮還積極聯絡湖南其他反袁勢力。

他派人與駐守岳的湖南新軍第 2 旅旅長林德軒取得聯繫，以 “湘人治湘” 為口號，利用自己與湖南士紳的良好關係，在長沙、衡等地組織 “反袁驅湯同志會”，員士紳、商人、學生等各界力量支持反袁驅湯運。

到 1915 年底，張孝淮已基本整合了湖南絕大部分勢力的支持，麾下兵力達到 2萬餘人，備了與湯薌銘正面抗衡的實力。

1916 年 1 月，雲南護國起義發，蔡鍔、李烈鈞等率軍北上討袁，湖南反袁運隨之進高。

張孝淮抓住這一有利時機，於 1916 年 2 月在衡宣布獨立，立 “湖南護國軍”，自任總司令，正式舉起反袁驅湯的旗幟，由張孝淮親自率領，從衡沿湘江北上，直取長沙；湘西革命軍第 2 師師長周承輔率領，從常德向益進軍，從西側牽制湯薌銘的兵力。

湯薌銘得知張孝淮起義後，迅速調集湖南新軍主力 1.5 萬餘人，在湘潭沿湘江一線重要地方布防，試圖阻擋護國軍北上。然而，湯薌銘的軍隊早已人心渙散，士兵多為湘籍，不願為袁世凱復辟賣命，且對湯薌銘的殘暴統治心懷怨恨。

在湖南護國軍的進攻下，湯薌銘軍隊節節敗退；周承輔在益擊潰湖南新軍第 1 旅，俘虜旅長鬍叔麒（此前常德之戰的敗將），佔領益，近長沙外圍。

更致命的是，長沙部的倒湯勢力也趁機發難。在張孝淮的事先聯絡下，長沙士紳聯合商會發罷市、罷課，要求湯薌銘 “順應民意，退出湖南”；長沙民團的留守部隊則控制了長沙城的關鍵據點，防止湯薌銘派兵鎮民眾。

外困之下，湯薌銘意識到大勢已去，於 1916 年 3 月 15 日深夜率親信部隊倉皇逃離長沙，經湖北逃往北京。次日清晨，張孝淮率領護國軍進駐長沙，到長沙民眾的熱烈歡迎。

進駐長沙後，張孝淮迅速採取措施穩定局勢。

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