又稱中國同盟會，或中國革命同盟會，於1905年8月在日本東京成立，結合多個革命團體，其中以興中會（以孫中山為首的廣東革命份子）、華興會（黃興、宋教仁等湖南革命份子）與光復會（章炳麟、陶成章等浙江革命份子）勢力最大。孫中山被選為總理，組織以「驅除韃虜，恢復中華，建立民國，平均地權」爲宗旨。

汪精衛、胡漢民與朱執信等一起來東京唸書的廣東青年第一次會見孫中山，立刻加入孫中山所領導的興中會。待同盟會正式成立之後，當時22歲的汪精衛以發起人及會章起草人的身份，被選為評議部部長，同時任同盟會機關報《民報》主要撰稿人。11月開始署名「精衛」首次發表〈民族的國民〉一文，宣揚自由平等，激勵民族意識和揭露滿清的專制（全文見《汪精衛政治論述》頁2-25）。此後便以「精衛」署名陸續發表文章。他曾在《民報》上與以梁啟超為首保皇派的《新民叢報》進行筆戰。

同盟會成立之初，工作注重在組織和宣傳，當時宣傳文字大都出自汪精衛之手。清政府對同盟會勢力做大感到威脅，向日本政府施壓，日本政府於是在1907年3月「禮送」孫中山出境。當時偕同離開的還有胡漢民及同情中國革命的日本人萱野長知等。4月，汪精衛到香港與孫中山會合，隨同前往安南，經西貢，海防抵達河內。當時南洋各地有黨部組織的只有新加坡和檳榔嶼兩地，此後每到一處即由汪精衛負責，已有黨部的就加以擴充，未有黨部的就著手組織。在法屬安南，英屬南洋，荷屬南洋，及暹羅等地成立了一百多個黨部。黨員的成分以中小商人和工人爲多，大商家有時亦有加盟。組織和宣傳的結果，華僑捐款成為革命軍起義軍餉來源的十分之九。而華僑受到宣傳而自動回國參加革命行動的人也很多。

1908年底，六次革命其實皆失敗告終，黨內人心惶惶。清政府對付革命黨的手段以加倍凌厲，東京的《民報》也在清政府的壓力下停刊。同盟會黨內亦派系鬥爭不斷，經常出現分裂的局面，孫中山的領導地位也受到質疑。支持孫中山的汪精衛，此刻計劃以暗殺滿清高官來振奮黨內人心，並挽回民眾對革命黨的支持。汪精衛和黨內同志組成暗殺小組，雖然行動失敗被捕，其拋頭顱灑熱血的精神讓他成為家喻戶曉的革命英雄，也達到了振奮革命黨人的目的。

1911年辛亥革命成功，民國建立，許多政黨紛紛成立。1912年8月，宋教仁將同盟會與其他四個幾個新成立的政黨團體（例如統一共和黨等）合併成立了國民黨，推孫中山為理事。1913年宋教仁被刺身亡，袁世凱把持政權並成立北洋政府。孫中山與黃興等國民黨領袖人物發動二次革命聲討袁世凱失敗，流亡日本。袁世凱被國會選為總統，下令解散國民黨。孫中山成立中華革命黨，為此為後來中國國民黨的前身。汪精衛在1912年與陳璧君結婚之後便赴法進修，他認為中華革命黨只服膺孫中山一人的規定不符合民主的原則，因此並未加入。

暗殺小組部份成員（左起：汪精衛、黎仲實、方君瑛、曾醒、陳璧君）

清末同盟會部份革命黨人以章太炎為首，醞釀推翻孫中山的領導。除了黨內糾紛之外，幾次革命起義相繼失敗，亦造成黨人精神渙散，失去向心力。1909年汪精衛與六位留日親近好友組成暗殺小組，盼藉由謀殺滿清官員來振奮革命人心。這六位成員為方君瑛（當時擔任同盟會實行部長）、曾醒、陳璧君、黎仲實、黃復生與喻培倫。同盟會高層如孫中山、黃興與胡漢民並不贊成此計劃，汪精衛曾寫〈致胡漢民書〉、〈留別孫中山先生書〉（全文見《汪精衛政治論述》頁26-32）表明其為革命犧牲的決心。

暗殺小組原本計劃在廣州刺殺官員，並且在香港的一個農場進行爆炸的試驗。後來恐怕在廣州的行事會影響朱執信的新軍革命起義計劃，所以改為武漢。後又衡量北京的政治地位遠比武漢來得重要，最後乃決定以北京的攝政王為暗殺對象。原來在武漢儲備的炸藥後來被當地的同志用在武昌起義上。陳璧君回到南洋，在母親的協助之下變賣首飾作為經費。

只有民主政體，此外別無他法。

1909年11月，陳璧君、黎仲實、黃復生與喻培倫攜帶炸藥先入北京，汪精衛於12月獨自帶了第二批炸藥由東京進入北京，並把曾刊登在民報上自覺重要的文章縫在衣服裡隨身帶著。曾醒與方君瑛則留在東京接應。

黃復生在北京琉璃廠火神廟附近開設了一家守真照相館，作為暗殺小組活動的掩護場所。他們選擇攝政王每日上朝必經的什刹海作為暗殺地點。此地荒涼無人煙，又有一座甘水橋可以埋藏地雷。由黃復生與喻培倫負責掘地埋炸藥，汪精衛藏在陰溝裡負責引爆。1910年2月一次行動企圖失敗後，埋藏的炸藥被發覺，北京全城戒備，於是計劃暫時中止。

陳璧君、黎仲實與喻培倫三人先後回到東京和曾醒、方君瑛商量作第二次的準備；汪精衛與黃復生留在北京待守。3月汪精衛與黃復生被逮捕，經過兩次審問，兩人皆被判處終身監禁。汪精衛在被送至法部監獄前，肅親王曾親自接見，詢問如何能讓革命黨不與滿人為難，汪精衛回答「只有民主政體，此外別無他法。」

汪精衛在法部監獄裡配戴鎖鏈，每日兩次粗劣米飯，一碗清水和一塊鹹蘿蔔。自從加入革命黨並在民報發表宣揚革命文章之後，便主動與家族斷絕關係並且解除從前之定婚，再加上入獄之後與外界隔絕，一年之內，只有陳璧君與曾醒用盡任何方法疏通獄卒暗通消息。被捕當時，汪精衛已有口占詩四首，其中明確的道出精衛填海的決心。在獄中，他更把思想和情感寄託在詩詞裡，《雙照樓詩詞藁》就在此時開始創作。

1911年黃花崗之役中，陳璧君、方君瑛、曾醒、黎仲實、喻培倫等人皆有參加，喻培倫並因此殉難。武昌起義之後，滿清與武漢革命黨人談和，條件之一是立刻釋放汪精衛。同年11月6日，汪精衛與黃復生等人同時出獄。

1912年汪精衛與蔡元培、李石曾、吳稚暉、張繼等同盟會友人在上海發起進德會，目的在改變社會腐敗的風氣。該會不立幹部、不設會章、亦不收會費，會員以所守戒律之多寡分成四種，普通會員不狎邪、不賭博、不納妾，甲部會員加不做官，乙部會員再加不做議員、不吸煙，丙部會員再加不飲酒、不食肉。汪精衛與褚民誼皆為丙種會員。進德會會員錄及相關消息皆刊登在《民立報》上。同時汪精衛與蔡元培、宋教仁等三十餘人也發起了與進德會性質相近的六不會（不嫖、不賭、不納妾、不吸煙、不飲酒、不食肉）及社會改良會。