此时，影响徐州这一时期局势的第2支外来力量出现了，这便是张勋所部。张勋在南京被江浙联军杀败后，于联军入城前夕连夜北逃。在蚌埠、固镇遭民军截击，损失惨重，并成惊弓之鸟，继续仓皇北上。张勋部乘五辆列车北上，张勋坐于第四辆列车上。1911年12月5日，张勋及其所部到达徐州。到徐州东站时，张本不准备下车。徐州地方官绅闻听张勋前来，遂往车站迎接；张向其询问地方情况，官绅等只称情况良好，只字不提已于此前宣布徐州独立并成立军政府之事。张勋听得此消息后便放心进程驻扎。而入城时，所部的前3辆列车已过徐州，便发电命其返回。张勋进驻徐州后，此前成立的军政府随即趋于瓦解。张勋下车后随即张贴安民告示，其后在徐州实行高压统治，严查革命党人，并在城南的泰山、云龙山、城东南的夹山口、城东北的子房山、城北的九里山等处添设炮台；并大量招兵买马，凑起1万余人，准备以徐州为基地，加意经营，谋求机会南返。在张勋这一外来势力的作用下，徐州的光复局势又迅速急转直下，趋于恶化。
南京临时政府成立后，因清廷中的强硬派一时间不愿意议和，导致南北局势僵持。为了推动局面的发展，南京临时政府决定北伐，以林述庆为北伐军总司令，并分兵3路北进。3路人马计划以徐州为会师地点，然后于此继续北上。其中，中路是以林震为司令的粤军。该路北伐军将其司令部设于蚌埠车站，并进一步北进至固镇，与张勋、倪嗣冲所部发生遭遇战，并大破之，并进一步追击清军至宿州城外。又与清军继续大战，双方从拂晓杀至下午3时，清军再遭大败，退出宿州。北伐军乘胜追击到徐州以南之夹沟，张勋派人与北伐军议和。双方于1912年2月10日于符离集车站会谈。但和议最终未成，三路北伐军同时逼近徐州，张勋遂率残部北上山东兖州。在继续北上之前，张勋所部于1912年2月12日下午哗变，将徐州四关及近郊、坝子街等处抢劫一空。其中，南关的上街、马市街、芭子街、下街等重要的商业精华区还于抢劫后被付之一炬。军官对抢劫归来之士兵不予任何责罚。最终，徐州在另一股外来势力——北伐军的强力介入下获得了光复。
张勋像
张勋（1854－1923），原名张和，字少轩、绍轩，号松寿老人。江西奉新人。武昌起义后，奉令镇守南京，戒备第九镇新军，抵抗革军。仍被清政府授为江苏巡抚兼署两江总督、南洋大臣。所部均留发辫，人称“辫帅”。1913年11月，任中国孔教会（总会会长康有为，主任干事陈焕章）名誉会长。二次革命，奉袁世凯命，率部往南京镇压讨袁军。旋被授为将军府定武上将军，任江苏督军，调往徐州，转任长江巡阅使。1915年，拥袁世凯称帝。在徐州成立北洋七省同盟，不久任安徽督军，扩充至十三省同盟。1917年5月下旬，当黎、段因解散国会问题争执不下时，段祺瑞策划武力推翻黎元洪并解散国会，黎元洪得到消息，先下令免去段祺瑞的国务院总理。张勋乘机提出“非复辟不可”的主张，于6月7日率“辫军”北上。黎元洪被迫下令解散国会。张勋于1917年6月30日入清宫，决定当晚发动复辟。通电各省，宣布已“奏请皇上复辟”，要求各省应即“遵用正朔，悬挂龙旗”，史称“张勋复辟”。12日为皖系军阀段祺瑞的“讨逆军”所击败，逃入荷兰使馆，溥仪退位，被通缉，逃到天津德租界地区。1923年因病在天津逝世，溥仪赐谥“忠武”。
1912年2月11日，北伐军前锋至距离徐州15公里的三堡车站，徐州地方上遂推举韩志正、徐香九、梁惺初3人为代表，秘密前去欢迎。张勋闻听此信即率部北走。北伐军进城后继续追击张勋部至韩庄车站，后因清帝逊位，南北统一，北伐行动遂告结束。而徐州则于光复之后建立了铜山县军政府，推革命党人韩志正为民政长、徐占凤为军政长、祁世倬为总务长、王少华、王锐生为交际长。徐州地区的混乱局面开始趋于结束。（二）所属各地之光复
在徐州府城光复的前后，原徐州府所属之各地也相继得到光复。其中，宿迁光复得较早，但亦经历反复。驻清江的新军13协起义的消息传来后，宿迁西乡的丁宜才、何乐天、蔡思九、蔡孝冉等积极行动以响应。丁宜才自任为大元帅，何乐天、蔡思九任副帅，蔡孝冉任军师。他们聚集100余人，于褚庙设立指挥机关。地方上的乡董蔡某闻讯后连夜逃走，向宿迁县知事陈杭报告丁、何等聚众起义的消息。陈调集大批清军及乡勇，将丁、何等人包围于褚庙。丁宜才、何乐天率人突围而走，蔡思九等遭逮捕并被杀，丁宜才后亦因回家而被杀。
此后，13协起义的部分士兵溃散，其中部分北方籍士兵经宿迁前往山东。陈杭命人于运河两岸布防，阻止过境溃兵上岸，并且捉拿零星散兵20余人，予以捕杀。而宿迁北乡的兴中会会员吴品玉、徐品藻、徐希真等人则收容13协的溃兵及其武器，又招募青壮年组成义军，并且打出白旗，宣布起义。
此时，睢宁县的兴中会会员陈兴之亦将其收容的13协人马及所招募的约400名青年组成义军；并通知宿迁的吴、陈所部在宿迁会师，共同开往清江。11月13日，陈兴之率所部到达宿迁，与当地清军在城西南发生战事。清军马队5营统领龚炳全战败，命其手下的哨官郭某携银元500元与义军议和。义军拒绝议和，并将郭某击毙。陈兴之既而又率所部前往清江。陈兴之去后，兴中会会员胡占鳌在清军守备营中进行策反，称民军即将北伐，以扰乱守备营军心。
在此局势日益不利的情形下，陈杭、龚炳全为保存实力，遂改弦更张，提出召开应变会议的主张，并邀请义军领导人吴品玉、徐希真及县内提倡新学者参加。吴、徐提出只要陈杭撤下清廷旗帜，悬挂汉旗，义军便不攻城，亦不会要求民军北伐。提倡新学者也要求陈杭当机立断、支持共和，并称愿意推荐陈杭和龚炳全分任民政长和军政长。陈杭遂同意，并命人于马陵山山顶树起一丈见方的大白旗，并且张贴布告、宣布独立。宿迁宣告光复。
未及，传来了北洋军进军汉阳、炮轰武昌的消息。从山东南下的清军前锋抵达皂河，陈兴之在清江为江北都督蒋雁行杀死。在此形势又复大变的状况中，陈杭以民政长之名义下令侦探队队长汪涤清等杀死吴品玉、徐品藻、徐希真3人，又以“乱党”之名杀死胡占鳌，悬挂首级于城门之上。提倡新学者亦纷纷出逃。
不久，江浙联军攻克南京，民军朱占元部进兵宿迁，在皂河、高作击溃张勋的江防营。1912年1月1日，南京临时政府成立；宿迁各界于次日开大会庆祝民国成立。宿迁最终亦在外力作用下实现真正光复。
迟至3月，沛县光复，此事标志徐州及整个江苏之光复事业的最终告成。
波澜壮阔的辛亥江苏光复纵横千里、持续数月，使得江苏大地一时间再一次全面遭遇所谓“数千年未有之变局”。
