中华民国南京临时政府于1912年1月成立。孙中山被选举为临时大总统,孙中山虽倡导使用青天白日满地红旗为中华民国国旗,但他认为五色旗原为清朝海军一二品的官旗,北洋水师之军旗(事实上北洋海军的旗帜与五色旗完全不同),革命党革命时期江苏、浙江、安徽等省也多用此旗。为争取袁世凯倒戈革命政府,五色旗被选为了临时国旗。五色旗在使用时期通常在早晨七点升旗,晚间六点降旗。不用时应将一色折叠为一层,红色在上黑色在下,从旗腰一段卷成筒状,外面用线单节系好。民国元年(1912年)1月10日,临时参议院通过专门决议,使用五色旗作为临时国旗。同时通过的还有十八星旗为陆军旗。1913年(民国二年),青天白日满地红被定为海军旗。除了上述三种使用上较普遍的旗帜外,其他地区亦使用其他的旗帜。此时五色旗亦被用作海军舰艏旗。1912年4月,临时政府北迁。5月4日,由南京迁北京的临时参议院召开第一次会议,“国旗案”被再次提出。由于临时政府建立时“前南京参议院议决用五色旗者,因各省几乎一致,故从多数”,至5月10日,“议长用五色旗为国旗之意询众议员,众议员全体起立表决,拍掌欢呼民国万岁”,五色旗率先获得全票通过。临时参议院认为“本院为全国立法机关,于国旗统一当然有议决之权”,议决以五色旗为国旗、十九星铁血旗(原十八星铁血旗中心增加一星)为陆军旗、青天白日旗(此处指青天白日满地红旗)为海军旗。参议院在提请临时大总统公布国旗的咨文中称:“以五色旗为中华民国国旗,就道德上、历史上、习惯上、政治上种种方面观察,非惟足以代表全国精神,且为中华民国永久不磨之特色。现友邦公使、外域华侨,函电所通均已共晓。而外人并有目此旗为虹旗,谓中国驱除专制、建设共和正如彩虹亘天,阴霾尽扫者。此尤可见此旗荣誉中外欢迎,应即定为中华民国国旗。”1912年6月8日,袁世凯发布“临时大总统令”:“参议院议决以五色旗为国旗,商旗适用国旗,以十九星旗(原十八星铁血旗中心增加一星)为陆军旗,以青天白日旗(此处指青天白日满地红旗)为海军旗。本大总统按照约法(指3月11日南京临时政府公布的《临时约法》)第二十二条公布之,此令。”至此国旗之争尘埃落定,问世7个月的五色旗正式成为中华民国法定国旗。随后袁世凯废止《中华民国临时约法》,制定《中华民国约法》(袁记约法),改内阁制为总统制,而后随即称帝。在一系列的背信弃义之中唯独保留了沿袭北洋的五色旗为中华帝国国旗。至此五色旗作为中华民国临时国旗的短暂历史结束。而后,人事跌宕,但北洋政府却因为组织严密而不倒,五色旗伴随了北洋政府整整16年。