1907年至1911年(宣統(tǒng)三年)間，聯(lián)絡(luò)會黨、新軍，先后發(fā)動八次武裝起義，其中以1907年4月27日黃花崗七十二烈士之役最為著名。1911年10月10日武昌起義成功后，于12月25日由歐洲返回上海，29日在十六省代表會上當(dāng)選為臨時大總統(tǒng)。次年1月1日到南京宣誓就職，組成中華民國南京臨時政府。任職期間頒布了中國第一部憲法《中華民國臨時約法》。

2月13日，在帝國主義和封建勢力逼迫下，辭去臨時大總統(tǒng)職，由袁世凱接任。8月25日，同盟會改組為國民黨，被推為理事長，9月，接受袁世凱政府的任命，擔(dān)任全國鐵路督辦。1913年3月，袁世凱派人刺死宋教仁，他憤而發(fā)動反袁的二次革命，旋即失敗。

1914年在日本組織中華革命黨，被推為總理。此后兩次發(fā)表《討袁宣言》，反對袁世凱復(fù)辟帝制。1917年段祺瑞拒絕恢復(fù)國會和《臨時約法》，他在廣州召開國會非常會議，組織護(hù)法政府，當(dāng)選為海陸軍大元帥，誓師北伐。1918年因受桂系軍閥和政學(xué)系排擠，被迫辭職退居上海。次年創(chuàng)辦《星期評論》和《建設(shè)》雜志，并撰成《建國方略》，發(fā)表《實業(yè)計劃》，將中華革命黨改組為中國國民黨。1921年在廣州就任中華民國政府非常大總統(tǒng)。

1922年6月，粵軍陳炯明叛變，重返上海。1923年提出“聯(lián)俄、聯(lián)共、扶助農(nóng)工”三大政策。1924年1月，在廣州召開國民黨第一次全國代表大會，發(fā)表改組宣言，通過黨綱黨章，將舊三民主義發(fā)展為新三民主義，實現(xiàn)了第一次國共合作。同年6月創(chuàng)辦黃埔軍官學(xué)校。11月北上討論國是，在《北上宣言》中，發(fā)出對內(nèi)召開國民會議，對外廢除不平等條約兩大號召，于年底抵北京，同北洋軍閥進(jìn)行堅決斗爭。

由于積勞成疾，健康日益惡化，于1925年3月12日在北京病逝。留有遺囑“革命尚未成功，同志仍須努力”。遺著編有《中山全書》《總理全集》多種。1956年出版《孫中山選集》，自1981年陸續(xù)出版《孫中山全集》。