Khi Cách mạng Tân Hợi 1911 bùng nổ, những người nổi dậy cần một chỉ huy cấp cao làm lãnh đạo của họ. Lê được kính trọng, từng ủng hộ phong trào bảo vệ đường sắt, và biết tiếng Anh, vốn hữu dụng khi giao thiệp với ngoại quốc. Ông được cho là đã bị lôi ra từ gầm giường vợ và bị ép buộc phải làm Đốc quân Hồ Bắc dưới mũi súng, dù từng giết chết một vài người nổi dậy. Mặc dù do dự lúc đầu, ông nhanh chóng ngả theo cách mạng sau khi nhận thấy xu thế cách mạng thắng thế và được bầu làm thống soái quân sự toàn Trung Hoa ngày 30 tháng 11. Tổng lý nhà Thanh Viên Thế Khải đàm phán ngừng bắn với ông ngày 4 tháng 12.

Dù Lê chỉ huy quân nổi dậy, Tôn Dật Tiên của Đảng Cách mạng trở thành Đại Tổng thống lâm thời đầu tiên tại Nam Kinh ngày 1 tháng 1 năm 1912. Lê trở thành Phó tổng thống theo một thỏa hiệp và ông thành lập Hội Nhân dân để tranh cử chức Đại Tổng thống. Trong lúc đó, phương Bắc vẫn thuộc nhà Thanh. Một thỏa ước buộc Tôn từ chức để Viên Thế Khải làm Đại Tổng thống và Lê Nguyên Hồng giữ nguyên chức Phó Tổng thống. Nhà Thanh chấm dứt và Nam-Bắc Trung Hoa. Hội Nhân dân sau đó hợp nhất với Đảng Cộng hòa thân Viên.

Năm 1913, ông liên hợp phe Cộng hòa với Đảng Dân chủ của Lương Khải Siêu lập nên Đảng Tiến bộ. Đảng Tiến bộ trở thành đối thủ lớn nhất của Đảng Quốc dân đối lập của Tôn. Ông ủng hộ Viên chống lại Tôn trong Cách mạng lần thứ 2, làm 2 đồng minh cũ trở thành thù địch. Khi Viên âm mưu khôi phục đế chế, Lê trở thành mối đe dọa tiềm tàng và bị Viên giam lỏng tại Bắc Kinh. Viên không thể hoàn toàn tin tưởng Lê vì ông không thuộc phe Bắc Dương và vì sự hợp tác trước đây với những người cách mạng. Tuy nhiên, Viên vẫn hỏi cưới con gái Lê cho con trai ông ta để thắt chặt thêm mối liên hệ giữa họ. Lê vẫn giữ được danh vị Phó Tổng thống nhưng không có quyền lực. Vài phe nhóm kêu gọi Lê lên làm Đại Tổng thống khi Viên khôi phục đế chế năm 1916. Ông từ chối vì lo sợ bị giết, nhưng cũng từ chối những tước hiệu quý tộc do Viên ban, một quyết định có lợi cho sự nghiệp của ông về sau. Lê giữ thái độ trung lập trong thời kỳ đế chế, cho đến khi Viên chết.