1904年9月，秋謹為了提高國人的覺悟，在東京創辦了《白話報》，鼓吹反清革命，主張男女平等，1905年，她在回國籌措學費時結識了光複會的骨幹徐錫麟，並由徐介紹參加了光複會。同年7且，秋瑾再次到日本。並加入了由孫中山組織的中國同盟會，不久，她即被推舉為同盟會評議部評議員和浙河省的主盟人，成為同盟會的骨幹。
同盟會成立後，留日學生的革命熱情更加高漲。為了打擊革命力量，清政府勾結日本文部省，頒布了一項嚴禁中國留學生參加革命活動的“取締規則”。中國留學生紛紛罷課、集會，強烈要求日本政府取消“取締規則”，但日本政府卻充耳不聞，拒絕取消。在這種情況下，秋瑾不甘受辱，於1906年春毅然返回祖國。
1907年1月，秋瑾在上海創辦了《中國女報》。她在該報發刊詞中號召女界要“生機活潑，精神奮心，為挽救國家危亡貢獻自己的一份力量。後因資金困難，《中國女報》出版兩期後停刊。
秋謹認識到要改變中國的命運，需要推翻滿清的腐朽統治。她開始積籌劃反清武裝起義，她親赴諸暨（jì）、義烏、金華等地廣泛聯絡會黨，組織武裝起義的力量。不久，她又返回紹興任大通學堂的監督。
大通學堂實際上是光複會的革命機關。秋謹以學堂為基地，積極訓練會黨骨幹，並以學堂為基地，將會黨力量編為光、複、漢、族、大、振、國、權八個軍，統稱“光複軍”，並製定了《光複軍軍規》和《光複軍起義檄稿》等文件。由徐錫麟和自己領導。
起義定於7月19日發動，計劃先由秋瑾在金華發難，引誘清軍調杭州的兵力救援，然後再以主力進攻杭州。如果失敗，再揮師北上安慶與徐錫麟會合。
但由於機密泄露出去，使清政府有所警覺，並開始搜捕黨人。在這危機時刻，徐錫麟於7月6日在安慶倉促起義，刺殺安徽巡撫恩銘，被捕犧牲。
敵人在徐錫麟的住處搜到大批義軍的文件和一些書信，從中發現這次起義與秋謹有關。於是浙江巡撫張曾揚急令清軍300餘人，於7月13日包圍了大通學堂，將秋謹等革命黨人逮捕。
秋謹被捕後，受到百般折磨，敵人用盡酷刑要她供出同黨，但是秋瑾大義凜然，寧死不屈，她大聲回答：“革命黨的事，不必多言”，“革命黨人不怕死，要殺就殺”。敵人套不出口供，隻得編造秋瑾口供，於7月15日在紹興軒亭口將秋瑾殺害。
秋瑾英勇就義的消息傳出後，外界輿論同聲譴責清政府的殘暴罪行，海外留學生也紛紛通電聲討。烈士的血沒有白流，秋瑾的英雄行為，極大促進了革命形勢的發展。浙江會黨和光複會餘部在一年內發動了十多次起義。
1912年，中華民國成立後，孫中山指示將秋瑾烈士遺體重新安葬在杭州西子湖畔，解放後，人民政府又在紹興建立秋瑾紀念館，永遠紀念這位巾幗英雄。