為了發展革命組織，他在1905年到日本。在那裏，他把興中會同另外兩個反清團體（黃興和宋教仁領導的華興會，以及徐錫麟和章炳麟所屬的光複會）合並組成了同盟會。這樣就產生了一個資產階級和小資產階級革命團體的統一戰線組織，它的綱領是推翻清廷，建立資產階級民主共和國，平均地權。
1907年，孫中山在緊鄰中國的越南（當時稱做安南，是法國殖民地）設置了領導機關，發動了四次起義。兩次是在廣東省東部，一次在廣東省的西南部，另一次由孫中山親自領導攻打靠近越南的廣西省鎮南關（現改名為“友誼關”）。革命軍奪取了三座炮台，但援軍遲遲不至，又被迫撤退。
1908年，在廣東省西南部和雲南河口又舉行了兩次起義，但這些起義又失敗了，因為像在其他許多時候一樣，完全忽視了革命的政治方麵。單純依靠軍事手段，不可避免地要導致失敗。
為了完成自己的使命，孫中山已經曆了八次失敗。由於清廷屢次要求，法國人把孫中山逐出越南。他到了新加坡，1909年再赴美國籌款。1910年，當他還在美國的時候，他的同誌攻打廣州但遭到慘重失敗。孫中山趕回新加坡後，發現同誌們因屢受挫折，意氣消沉。他在檳榔嶼召集了一次會議，重新鼓起大家的革命精神和勇氣，把鬥爭繼續進行下去，會上討論了未來的革命策略。
由於革命經費常感不足，孫中山把很多時間和精力用於籌款。他又去美國，在華僑和留學生中進行宣傳和籌款工作。
1911年（辛亥年）10月10日，革命黨領導的武裝力量在武昌起義中占領了武漢三鎮。自此以後，各省紛紛響應，支持革命運動。為全國人民深惡痛絕的清廷最後終於被趕下台去，兩千年封建專製政體至此告終。
起義軍占領武漢之後，孫中山立即回國，當選為首任大總統。但他任職時間很短，因為真正的權力落在以袁世凱為首的軍閥手中。袁世凱是一個大軍閥、大官僚，直到清廷退位他一直是清朝的奴才。在保守分子和帝國主義的支持下，袁世凱迫使孫中山辭職，由自己繼任。
袁世凱利用總統職權建立起軍事獨裁，後來居然還想當皇帝。孫中山領導的國民黨（前身即同盟會）被宣布為非法，國會被解散，許多袁的政敵被暗殺。1913年，袁派兵南下，進攻那些在辛亥革命中崛起的軍隊。孫中山想使這些軍隊堅持抵抗，但他們都因勢單力薄而告失敗。孫中山和許多同誌避居日本。
1914年，孫中山在日本建立中華革命黨。這個新黨是從國民黨分裂出來的。通過這個新黨，孫中山在1914年和1916年兩次在上海發動武裝起義，第二次是他秘密回國親自領導的。在他的影響下，在上海的海軍部隊發動了另一次革命起義。正在這時，袁世凱猝斃，其他軍閥紛起爭奪他的權位。
1917年，孫中山率領起義的海軍艦隻由上海去廣州。他同南方軍閥結成聯盟，並建立了一個反對北方軍閥的政府。
被袁世凱宣布解散的國會重新召開，選舉孫中山為廣州護法政府的大總統。他立即籌劃和準備北伐。1921年，北伐軍自湘桂出動。1922年，南方軍閥陳炯明勾結北方軍閥進行叛變，使北伐軍的後方受到威脅。1924年，受英國彙豐銀行津貼，由買辦陳廉伯率領的雇傭軍廣州“商團”反對廣州政府。孫中山領導革命軍隊打敗了敵軍。
這時，北方奉直兩係軍閥交戰，自相殘殺。孫中山立即動員軍隊，準備再度北伐。馮玉祥推翻了軍閥“總統”曹錕後，邀請孫中山北上，共商國事。孫中山接受了邀請，但抵天津不久即告病重。
在病床上，孫中山接見了當時占據著北京的軍閥段祺瑞的代表。段堅持在北方軍閥邀請孫中山參加的圓桌會議上不談反帝。孫中山怒不可遏地表示，如果這樣，他寧願回廣州，不主持這次“統一”會議。他說，廢除不平等條約和抵抗帝國主義侵略應該是會議的主要議程。這同他在北上前對英文《粵報》記者談話中所公開和明確宣布的立場是完全一致的。
他在那篇談話中說：“帝國主義……不僅是我們走向獨立自由的道路上的主要障礙，而且是我國的反革命中最強有力的因素。”
就在這時，他的肝病嚴重了，進北京時已不能步行。1925年3月12日，不治之症奪去了孫中山的生命。在逝世之前，他給繼承他的革命事業的人留下了遺訓。
孫中山的遺訓就是他的三民主義和三大政策。這是他在致力於完成中國反帝反封建的資產階級民主革命的過程中發展而成的。他的遺言“必須喚起民眾，及聯合世界上以平等待我之民族”，今天聽來仍然是正確的。