此時，光複會會長蔡元培已不多過問會務，實際主持光複會的徐錫麟則已捐得道台，正擬赴安徽任職。在浙江方麵亟須既具威望，又富才幹的人主持。陶成章、徐錫麟邀秋瑾回浙主持工作。秋瑾欣然接受，她親自籌劃浙江武裝起義活動。在秋瑾之前，陶成章、魏蘭、敖嘉熊等已經在聯絡全浙各地會黨，取得了顯著的成就。
秋瑾回浙後在由徐錫麟、陶成章、龔寶銓等人創辦的大通師範學堂裏秘密聯絡各地會黨並進一步組織起來，而這所學校的好處是除了必要的功課外，它還開設了軍事訓練科目，專門招收金華、處州、紹興三府的會黨骨幹人物，入校進行為期半年的軍事特訓。
起義的必要準備就緒後，秋瑾和徐錫麟在杭州西湖白雲庵會談，粗略地擬定皖、浙兩省同時起義的計劃。
他們商定以安慶為重點，以紹興為中樞，對金華、處州等地同時發動進攻，占領皖浙兩省重鎮後，分路會攻南京。
安徽方麵由徐錫麟主持，浙江方麵由秋瑾主持，兩地分頭同時抓緊籌備。商定以後，秋瑾即回紹興。這時，萍瀏醴起義業已失敗，但皖浙起義的計劃照舊進行。公元1907年1月，秋瑾回到紹興，正式接任紹興大通學堂督辦的職務，主持各項校務，並以此為中心，加緊組織浙江革命勢力。徐、陶等人還設法以合法和公開的方式，從上海購買了後膛九響槍50支、子彈2萬發。
至五月間，光複軍初步整編完成。與此同時，起義的具體行動計劃和發動日期也初步擬定：光複軍先由金華府發難，繼而處州府響應，以吸引杭州方麵清軍前往鎮壓。紹興的光複軍即渡過錢塘江襲擊杭州，在事先約定的駐杭新軍及武備、弁目學堂師生的配合之下，一舉奪取杭州。若攻奪杭州的計劃受挫，則光複軍立即返回紹興，經金華出江西，進入安徽，與徐錫麟會合再圖進取。在浙江發動起義的同時，徐錫麟在安徽亦發動起義，浙皖兩省配合，各自得手後合力會攻南京。
但是，計劃趕不上變化，徐錫麟在安徽的革命活動突然暴露了，他匆忙決定提前起義。光緒三十三年五月二十六日（公元1907年7月6日），徐錫麟借安徽巡警學堂舉行預定的畢業典禮之機，與光複會同誌陳伯平、馬宗漢突然發難，槍殺安徽巡撫恩銘。
但這次起義實在過於倉促，很快便失敗了，最後陳伯平戰死，徐錫麟、馬宗漢被捕。當天，徐錫麟即遭殺害，安慶起義失敗。接著，清軍在九江逮捕到徐錫麟之弟徐偉，並得知秋瑾是徐錫麟同誌，安徽新任巡撫馮煦立即將此電告浙江巡撫張曾敭。
此時，秋瑾還對徐錫麟的被殺一無所知，她還正在對浙江光複軍作最後部署。
那時的通信實在是不方便，而浙江境內的光複軍又彼此並不熟悉，所以未等到規定的六月十日起義之期，有好幾路人馬不明原因，就紛紛擅自行動了。五月上旬，裘文高在嵊縣西鄉二十八都村首先發難。之後，金華府的武義縣、金華縣、蘭溪縣、湯溪縣、浦江縣等地的光複軍亦因泄密或叛徒告密，遭到清廷地方當局的重大破壞。
恰在這時，紹興劣紳胡道南等人又向知府貴福密報：“大通體育會女教員革命黨秋瑾及呂熊祥、竺紹康等，謀於六月初十日起事。貴福即於五月二十七日（公元1907年7月7日）進省向張曾敭麵陳。”
安徽新任巡撫馮煦的來電，浙江各地接連發生的事件及貴福的報告，使張曾敭確信主持紹興大通學堂的秋瑾是浙江革命黨的首要人物，便立即派兵赴紹興捕拿。
五月底，秋瑾才從報紙上得悉徐錫麟安慶起義失敗被殺的消息，她立即知道大事不妙。麵對同誌的犧牲，她已經沒有悲痛的時間，有著強烈政治敏感的她，立即燒毀光複會來往函件和幹部名冊，指揮轉移大通學堂所藏的大批槍支彈藥。有人向她建議提前起義，但秋瑾認為嵊縣和紹興各地的光複軍尚未集結就緒，如果突然起義，勢必遭到更大的損失，所以她並未支持貿然起義。
六月二日（公元1907年7月11日），浙江官府從杭州派遣新軍三百多人，由第一標第一營管帶徐方詔率領赴紹興，因擔心官兵中有革命黨人，行前對全體官兵進行搜身檢查，引起騷動，為附近武備學堂學生聽到，立即向紹興通報。大通學堂方麵在次日得報，許多人懇勸秋瑾趁早出走避禍。
但秋瑾此時已經置生死於度外，她正氣凜然地說道：“男子之死於謀光複者，則自唐才常以後，若沈藎、史堅如、吳樾諸君子，不乏其人，而女子則無聞焉，亦吾女界之羞也。”
此時的秋瑾想到了戊戌變法中，本能逃走卻願意為維新而死的譚嗣同，也想起了在日本為爭取學生言論自由而死的陳天華，更想起了不久之前剛剛犧牲的徐錫麟，但他們都是男人，秋瑾認為也是她要為女子證明一下的時候了，於是她便下了用一死以喚起中國人民革命之心的決心。
她給在潯溪女校執教時的學生徐雙韻寄去一首絕命詩：
雖死猶生，犧牲盡我責任；即此永別，風潮取彼頭顱。壯誌猶虛，雄心未滿，中原回首腸堪斷！
7月13日下午，貴福、徐方詔和山陰知縣李鍾嶽、會稽知縣李瑞年等人，率清軍包圍大通學堂。此時學堂內還有三十幾人，秋瑾要他們逃出去，有兩名學生在衝出去時被清軍槍殺。最後隻大通學堂教員程毅等六人和秋瑾留在學堂內。清軍攻入，逮捕了秋瑾等七人，並搜去一些槍支彈藥、馬匹驢子和秋瑾所寫的詩詞、文告等。