1897年8月16日，孙中山由英国经加拿大到达日本横滨。由于清政府悬赏缉拿，孙中山不能回国，香港英国当局也不允许他在香港居留，他只好在国外流亡，而日本距离中国较近，消息比较灵通，便于策划革命行动，所以，直到1900年，他一直住在日本。在这段时间内，他结识了宫崎寅藏，平山周等日本朋友。9月，孙中山移住东京，化名中山樵，在日本开展革命活动。他在华侨中奔走，宣传革命思想，和同志们聚谈，准备再次发动起义。
1900年6月，义和团运动的烈火，已经在中国北方的大地上燃起。不久，帝国主义列强组织了八国联军，在天津、北京进行武装干涉。孙中山敏锐地觉察到，这是进行武装起义的大好时机。他亲自率领从日本乡下招募来的军人和兴中会会员乘船去香港。船到香港时，因孙中山在船上，香港政府便不允许这艘船靠岸。孙中山只好在船上召集同志们开会，讨论武装起义的计划。大家决定，这次起义以新安县的绿林军和嘉应州的三合会为主力，借用菲律宾独立军在日本购置的武器，在广东省的惠州三洲田发动起义。
这一年的10月，郑士良在惠州三洲田已经集结了六百多革命志士。但是，由于军械不够用，军费也一时难以接济，孙中山便命令郑士良率领众人在这个地区隐蔽起来，静待时机。可是，时间一久，风声传了出去。清政府闻讯，十分恐慌，派军队镇压。起义军为了先发制人，便于10月6日夜晚袭击清军驻地。起义军同清军血战了半个月，虽然士气旺盛，但终因枪弹和粮食断绝，外援又没有希望，郑士良忍痛解散全军两万余人，自己率领部分志士退回香港。革命志士史坚如、邓荫南原计划在广州响应惠州起义，没有成功，便乘广州出兵镇压惠州起义的机会，暗杀了两广总督德寿，史坚如也壮烈殉难。
惠州起义失败，孙中山并没有灰心，他以更加坚定的决心，继续开展革命活动。
孙中山继续在各地奔走，建立反清的革命组织。1902年，他在越南河内成立河内兴中会；1903年，在日本建立青山军事学校，发展会员；同年，又到檀香山，当地的兴中会分会改组，改名为中华革命军；1904年，到美国组织洪门致公堂，在致公堂的新章程中，溶入了兴中会的政治纲领。1905年春，孙中山到欧洲，奔走在比利时、英国、德国和法国之间，在中国留学生中宣传革命，建立组织。
与此同时，孙中山和他的同志们，加强了在华侨中的活动。在1900年至1905年的5年时间里，他的足迹遍及于日本、南洋、檀香山、欧洲、美洲，所到之处，都深入到华侨中，进行革命的宣传，努力争取尽可能多的群众，参加到革命的行列中来。孙中山在华侨中的威望也日益增高。在日后发展革命组织、募集革命经费的工作中，都得到了华侨的很大帮助。
孙中山在海内外爱国的知识分子中也树立了很高的声望。有人称孙中山是“大英豪”，章太炎则把孙中山比作汉朝的刘邦。国内一些爱国的知识分子，因为仰慕孙中山，“几欲破浪走海外以从之”。孙中山在日本东京居住期间，前往访问的留日学生络绎不绝。在孙中山的影响和指导下，在日本和欧洲的留学生，相继建立起了许多革命团体。就这样，孙中山把大批的有志于革命的青年团结在自己的周围。
正当孙中山在海外宣传革命，发展组织的时候，国内的一批爱国的知识分子也先后组织起了反清的革命团体，进行革命活动。著名的革命团体有华兴会，光复会和科学补习所。
华兴会是由湖南籍的留日学生黄兴、刘揆一、陈天华等发起，1904年2月在湖南长沙明德学堂的一个校董的家中成立的、黄兴被推举为会长，有会员五百余人。华兴会成立后，联络会党，秘密策划武装起义，计划在这一年的11月在长沙发动起义，因密谋泄露，没来得及起义便失败了，黄兴等人逃亡日本；光复会，1904年11月在上海成立，蔡元培担任会长。会员入会的誓词是：“光复汉族，还我山河，以身许国，功成身退”。会员大多是江苏、浙江、安徽三省的知识分子，也有部分会党成员；科学补习所于1904年7月由吕大森、刘静庵等人在湖北武昌成立，共有会员四十余人，吕大森被推举为所长。这个团体以“革命排满”为宗旨，借研究科学为名，在学校和新军中进行反清的革命宣传。
以上三个革命团体都具有资产阶级革命政党的性质，这些团体的发起人和参加者都是以推翻清朝专制统治为目的，革命的目标都是建立资产阶级的民主共和国。
义和团运动后，人民的革命浪潮一浪高过一浪。孙中山看到了这一有利的形势。他感觉到已成立的，分散在各地的革命小团体，已经不能适应革命发展的需要，困而便产生了把各个小团体的力量汇集起来，组织成一个统一的大党的想法。当他于1905年春在欧洲留学生中建立起了几个革命团体后，便决定再次去日本。因为留日学生的革命情绪这时已经十分高涨。1905年7月19日，孙中山到达横滨。
孙中山到达日本后，积极为建立一个统一的党而努力奔走。当他得知华兴会首领黄兴正在东京时，便立即前往东京，经日本友人宫崎寅藏介绍，同黄兴相见。两人畅谈了革命形势，非常投机，大有相见恨晚的感慨。孙中山提议，兴中会同华兴会联合起来，共同进行革命活动。孙中山了解到华兴会在留日学生中的影响较大，便决定首先对华兴会的骨干人物做工作。7月28日，孙中山访问《二十世纪之友邦》杂志社，会见了陈天华、宋教仁等人，同他们商谈建立统一的革命组织的事。孙中山诚心诚意地对他们说：“现今大势及革命方法，大概不外联络人才一义，中国现在不必忧各国之瓜分，但忧自己之内江，故现今之主义，总以互相联络为要。”在座的各位，对孙中山的说法都表示同意。
7月30日，孙中山邀请了各省在日本留学的爱国学生及有志于革命的华侨七十余人，在东京的赤坂区桧町三番黑龙会的会所开会。参加会的有兴中会、华兴会、光复会和科学补习所的成员和其他组织的成员。会上，孙中山首先发言，慷慨陈词，力图说明全国革命力量联合起来的必要性和迫切性。在会上，大家讨论确定了统一后的革命组织的名称，有人提议取名叫“对满同盟会”，这个名字显然带有狭隘的民族主义色彩，孙中山表示不赞成，经过讨论，确定取名为“中国同盟会”。关于统一后组织的政治纲领，孙中山提议采用兴中会的十六字誓词，即“驱逐鞑虏，恢复中华，创立民国，平均地权”为中国同盟会的政治纲领。虽然有人对“平均地权”提出异议，经过孙中山的解释大家便同意了这个政治纲领，并且决定把这十六个字写在盟书上。最后，大家推举黄兴等8人负责起草同盟会章程。
8月13日，孙中山出席由黄兴、陈天华等人发起的留日学生欢迎孙中山大会，一千三百多人到会，会场内外，人潮涌动，都争着一睹孙中山的风采，都把他看成“中国英雄中之英雄。”孙中山在会上发表了热情洋溢的演说，号召革命青年“将振兴中国之责任，置之于自身之肩上”。到会的人都受到很大的鼓舞。
8月20日午后2时，中国同盟会在东京赤坂区灵南坂举行正式成立大会，二百多人到会。孙中山担任大会主席，主持会议，首先由黄兴宣读他们起草的《同盟会章程》，共30条。会议讨论并通过了这个章程。接着，选举干事会，一致选举孙中山为中国同盟会总理，黄兴担任执行部庶务，同时，还确定了各部门的负责人和工作人员。
同盟会成立后，立即开展革命的宣传工作。1905年11月16日，《民报》作为同盟会的机关报在东京创刊。孙中山亲自撰写发刊词，在发刊词中，第一次公开提出了民族、民权、民生三大主义。此后，以孙中山为首的革命派同以康有为、梁启超为首的改良派，以《民报》为阵地，展开了论战。他们辨论的主要问题是：中国是走革命的道路，还是走改良的道路；在中国是建立民主共和制度，还是建立君主立宪制度。这些都是关于中国革命的重大问题。
在开展宣传工作的同时，孙中山还十分重视扩大同盟会组织的工作。他选派得力的干部到各地去，建立同盟会的组织。他本人也在1906年的春天到新加坡，建立同盟会新加坡分会。此后，海内外许多地方都相继建立了同盟会的分会。
中国同盟会作为中国资产阶级的政党，登上了历史舞台，在同盟会的旗帜下，各派的革命力量统一起来，共同进行反对清政府的斗争，“革命风潮一日千丈，其进步之速，有出人意表者。”孙中山领导的资产阶级民主革命，从此进入了一个新阶段。