1895年《马关条约》签定后，章炳麟参加了康有为组织的强学会，1897年到上海梁启超等创办的《时务报》任编辑，并发表文章主张学习日本、联合日本，倡议变法维新。他因在学术上与康有为、梁启超等存在着分歧。不久离开《时务报》。1897年他任《经世报》主编，该报以介绍国内外大事及新学术、新知识为主，并译载外商报纸文章，宣传西学，章炳麟曾著文强调教育、宣传对变法的作用，同时他又兼任《实学报》的总编辑、《译书公会报》的主笔，积极将西方的近代科学知识介绍给国人。
1897年，德国出兵强占胶州湾，沙俄出兵占领旅顺港，章炳麟上书李鸿章，提出联日抗欧，挽救时局的主张，不久，受张之洞之邀到武昌，经办《正学报》，但张之洞是个表面维新的洋务派官员，两者不容，章炳麟只得离开武昌，到上海担任《昌言报》编辑。他在报上介绍西学，宣传变法，并发文痛悼戊戌六君子，因清政府四处搜捕维新派骨干，他不得已逃往台湾。同年，他到日本，与孙中山相识，接受了革命排满的思想。
1900年他参加上海维新派的张园集会，曾一度加入唐才常发起的中国国会，后因不满于中国国会一面排满，一面要求光绪帝复辟的主张而退出了该会。
1901年，章炳麟赴苏州东吴大学任教，因继续发表仇满文章遭到清政府当局追问，只得再次逃往日本。1902年4月，他孙中山支持下，在日本发起“支那亡国二百四十二周年纪念会”，悼念明朝亡国的惨事，号召爱国青年铭记亡国之恨，使反清革命的影响在国内迅速扩展开来。同年，他回国，为上海广智书局润色修饰译著文稿，次年到爱国学社任教，他把这里当作宣传革命、培养革命人才的讲坛，他还撰写了著名的《驳康有为论革命书》，把康有为指斥为贪恋荣华富贵之人，强调革命必须经过血战。此文发表在《苏报》上，并出版了单行本，广为流传，他又为邹容《革命军》作序，称其为“义师先声”。由于《苏报》激烈的反清立场，清政府于1903年勾结租界当局，逮捕了章炳麟等人，章炳麟在狱中仍撰文痛斥清政府，并绝食7天，以示抗议，后被判刑监禁3年。
1906年章炳麟刑满出狱后，东渡日本，任同盟会机关报《民报》的主编。这一时期是他为报刊写作最多、影响最大的一个时期，他写了58篇文章，宣传资产阶级民族、民主、民生主义，介绍了大量俄国资产阶级民主主义者的著作，同宣传立宪保皇的改良主义机关报《新民丛刊》进行了激烈的辩论，这些战斗文章极大地激励了国内进步志士的斗志。因此，1908年清政府勾结日本当局勒令该报不许再刊登所谓破坏治安的文字，迫使该刊停刊。但这一时期，章炳麟思想上已与孙中山产生了分歧，不愿多宣传民主、民生主义，文字也充满学究气，加之在办报经费上对孙中山产生了误解，故当孙中山另派人筹备《民报》复刊时，他发文攻击其为伪《民报》，造成恶劣的影响。1910年他从同盟会中分离出来，另组光复会于东京。1911年辛亥革命爆发后，他回到上海，又组织中华民国联合会，出版机关刊物《大共和日报》，攻击南京民国临时政府，并与立宪派组成统一党，拥护袁世凯。1912年统一党又与其他组织组成共和党，与同盟会对抗，违背了革命的初衷。
1913年宋教仁被袁世凯派人暗杀后，章炳麟如梦初醒，向袁世凯递交辞呈，被袁世凯软禁，直至1916年袁去世。1917年，章炳麟参加了护法运动，担任广州护法军政府秘书长，1918年护法运动失败后，退居上海，从此思想消沉，很少参加政治活动。
五卅运动后，章炳麟鼓吹尊孔读经，反对新文化运动，反对孙中山提出的联俄、联共、扶助工农政策，主要精力用于讲学和整理中国文化遗产上。1934年他迁到苏州，设国学讲习会，以讲习为业，并创办《制言》半月刊，成为国学大师。他仍不忘政事，曾积极参加抗日救国活动。他于1936年6月14日病逝于苏州。鲁迅曾写了文章追念他，表彰他早期对革命的贡献，而批评他晚期的沉沦。他一生著述四百余万字，收入《章氏丛书》、《章氏丛书续编》、《章氏丛书三编》等。
中日甲午战争失败后，章炳麟走出书斋，“不忘经国，寻求政术”。1896年，钦佩康有为等人“公车上书”，加入强学会，捐银16元充作经费。次年，应梁启超邀，任《时务报》撰述，投身变法。数月后，因梁神化孔子，吹捧康有为为“南海圣人”，意见不合离去。次年与宋恕等在杭州发起成立兴浙会，创办《经世报》，任总撰述，兼任上海《实学报》主笔，继续宣传变法。后又离开两报，另组译书公会，出版《译书公会报》，译解国外“近时切要之书”。1898年，应张之洞邀至武昌，因不愿为张宣扬忠君保皇的《劝学篇》润笔，提出“革命论”以对，两人决裂，悻然返沪。未几，变法失败，遭通缉。9月，流亡台湾，任台湾《日日新报》记者，并为梁启超在日本出版的《清议报》撰稿。
1899年5月，赴日本，结识孙中山。“相与谈论排满方略，极为相行”。7月回国，任上海《亚东时报》撰述。以后往返于杭州、余杭之间，对维新以来的经历作反思，结集出版《訄书》。
次年7月，八国联军进犯北京。章炳麟在上海参加唐才常发起的“张园国会”。竭力反对其“一面排满，一面勤王”的宗旨，当场宣布脱会，割辫与绝，并作《解辫发》，矢志革命排满，不遗余力，清廷下令通缉。1901年，归里度岁，捕卒至，族人引避镇西龙泉寺。为免诛连族人，商定诈驱章炳麟出族。不久赴苏州东吴大学任教。过杭州，谒俞樾，俞斥其从事革命是“不忠不孝，非人类也”，章炳麟写《谢本师》，表达义无反顾的革命决心，与俞分道扬镳，在东吴大学继续宣传民族大义，张之洞电令通缉，于1902年再次流亡日本。
在日本，与孙中山握手定交，讨论中国的土地、赋税及革命成功后的政制、建都等问题，共同制订《均田法》方案。又和秦力山等发起，在东京举行“支那亡国二百四十二年纪念”，手撰大会宣言，号召中国留日学生“雪涕来会，以志亡国”。同年7月，潜回故里，重订《訄书》。1903年，康有为鼓吹“中国只可行立宪，不可行革命”。6月，章炳麟发表《驳康有为论革命书》，指出推翻清朝腐朽统治，建立近代的民族国家，乃是时代发展的必然；并直斥光绪帝为“载湉小丑，不辨菽麦”。与此同时，为邹容《革命军》作序，誉之为“义师先声”。又与邹容、柳亚子等人连续在《苏报》上发表文章，猛烈抨击清政府。上海道和工部局勾结，指名逮捕章炳麟等人。章炳麟大义凛然说：“革命就是要流血，清政府要捉我已是第七次了，怕甚么？”6月30日上午，巡捕至，章指着自己鼻子说：“余人俱不在，要拿章炳麟，就是我！”邹容闻讯，也挺身而出，两人一起被捕，此即著名的“苏报案”。额外公堂判两人“永远监禁”，舆论大哗，迫使各国公使团改判章炳麟监禁3年，邹容2年。
1906年2月出狱，孙中山派专使迎至日本，受到革命党人热烈欢迎。7月7日，由孙中山主盟，加入同盟会，任同盟会机关报《民报》主编，以犀利之笔，揭露帝国主义和封建主义罪恶，抨击资产阶级改良主义，“所向披靡，令人神往”。同时又为留日学生讲授中国语言文字学、经学、诸子学，并为鲁迅、钱玄同、许寿裳等开设特别班，以大无畏的革命精神和精深博大的学术思想，影响了一代学术，培养了一大批第一流学者。1908年，《民报》被日本政府封禁，乃专事讲学和著述，写成《小学问答》、《新方言》、《文始》、《国故论衡》、《齐物论释》等专著，研究汉字古音的音质，明确阴声、阳声定义，订出古韵23部、古声21部。
1909年2月，与孙中山、黄兴在民权、民生和革命策略方面意见分歧，并受人挑拨，发生冲突。与陶成章等人在东京重组光复会，被推为会长。1911年11月，上海光复后回国。1912年1月发起成立“中华民国联合会”，任会长。兼任孙中山总统府枢密顾问。主编《大共和日报》，提出“革命军起，革命党消”的口号。3月，中华民国联合会与张謇的预备立宪公会合并组成统一党，被举为理事。5月，又与民社等合为共和党，任副理事。主张建都北京，并应袁世凯之召去北京，受聘为高级顾问，旋又命为东三省筹边史。1913年3月，宋教仁被刺，章炳麟认清袁世凯真面目，赶回上海，与孙、黄言归于好，参加反袁斗争。8月，袁电召章炳麟赴京，章炳麟以“不入虎穴，焉得虎子”的爱国热肠，固辞亲友劝阻，冒险北上，果被袁软禁。章炳麟以大勋章作扇坠，临总统府之门，大骂袁世凯包藏祸心，又以绝食作抗争。袁世凯死后始获释返沪。
1917年7月，张勋复辟。9月，任孙中山护法军政府秘书长，奔走于香港、广州和云南、四川等地，争取西南与广东军阀支持。毫无所得，失望而回，寓居上海，闭门不出。1924年，不同意孙中山的联俄、联共、扶助农工政策，脱离国民党。主张尊孔读经。1927年“四·一二”反革命政变后，章炳麟严辞斥责蒋介石叛变革命，主张“国民应起而讨伐之”，遭国民党政府通缉。于是退居书斋，卖文鬻字，自称“中华民国遗民”。1931年“九·一八”事变后，章炳麟再次奋袂而起，痛斥蒋介石“勇于私斗，怯于公战”，呼吁抗日。1932年，上海“一·二八”战起，章炳麟向十九路军通电致敬，协助夫人汤国梨创办伤兵医院，手撰《十九路军死亡将士墓表》，且不顾老病之躯，北上会见张学良，共商抗日大计；在燕京大学讲演，号召青年共赴国难。1933年，与马相伯发表“二老宣言”，又与马相伯、沈恩孚发表“三老宣言”，激烈抨击蒋介石“攘外必先安内”的反动政策。1935年“一·二九”运动爆发后，致电宋哲元：“学生请愿，事出公诚。纵有加入共党者，但问今日之主张何如，何论其平素！”
1934年，迁居苏州，创立国学讲习会，主编《制言》杂志。1936年6月14日病逝于苏州。国民党政府许以国葬，但徒有虚言，暂厝寓所后院。解放后，中共中央根据章炳麟遗愿，由江、浙两省人民政府主持，于1955年4月3日移柩杭州，安葬于南屏山麓。周总理称誉章炳麟“是我们浙江人民的骄傲”。余杭仓前章氏故居亦于1986年基本修复。
章炳麟在文学上的成就，主要是散文。早在1901年，他刻《言书》于苏州，其中《客帝》一篇即表现了显明的民族思想。1903年发表在《苏报》上《驳康有为论革命书》和《革命军序》，更鲜明地昌言民族民主革命，对打击改良派，促进革命形势的发展，一时起了很大的作用。他的政论文，一般感情强烈，思想敏锐，内容充实，组织严密，虽词不迫切，而含意独厚，自有一种动人力量。他是以广博学问结合革命思想作政论的，“所向披靡，令人神往”。后来在主持同盟会机关报《民报》时，他不满意汉文和唐宋文，而以魏晋文相号召。他认为魏晋之文“持论仿佛晚周”，“守己有度，伐人有序”。因此“效魏晋之持论者，上不徒守文，下不可御人以口，必先豫之以学”。这也正可以说明他的政论文的特点。但也由于他取法魏晋文，不肯通俗化，又好用古字，虽自觉“论事数首”，“斯皆浅露，其辞取足便俗，无当于文苑”，终不免束缚了思想，在一定程度上影响了文章的宣传效果。
他作诗不多，“独为五言”。认为“四言自风雅以后，菁华已竭，唯五言犹可仿为”。他的一些古体诗，取法汉魏乐府，革命思想为曲折古奥的文辞所掩，亦比较难读。早期所作少数小诗，发抒怀抱，歌颂革命，如《狼中赠邹容》一首：邹容吾小弟，被发下瀛州。快剪刀除辫，乾牛肉作糇。英雄一入狱，天地亦悲秋。临命须掺手，乾坤只两头。
表现了革命家的友爱和英雄气概，语言也平易可诵。
