留日學生中激昂的愛國情緒很快在規模巨大的「拒俄運動」中發展到了高潮。1900年，沙俄出動17萬軍隊武裝強佔我國東北三省，到1903年4月，侵駐東北的沙俄軍隊不僅拒不按期撤出，反而提出七項無理要求，公然叫囂要將東三省納入俄國的版圖。這一消息傳到日本，留學界群情激憤，立即掀起了轟轟烈烈的拒俄運動。4月29日，留日學生500多人在東京集會，倡議組織拒俄義勇隊開赴前線。青年學生紛紛簽名，抱定為國戰死、馬革裹屍的決心。僅一天時間，簽名者達130多人，於是正式宣布拒俄義勇隊成立。5月2日拒俄義勇隊改名學生軍，並制訂了12條規則，要求在清政府領導下抗擊沙俄。但是，當時的清政府已變成了洋人的傀儡，愛國有罪，救亡問刑。它把留日學生的拒俄活動視為犯上作亂，多次要求日本政府取締。清政府駐日本公使蔡鈞向端方致電云：「東京留學生結義勇隊，計有200餘人，名為拒俄，實則革命，現已奔赴內地，務飭各州縣嚴密查拿。」同時，清廷又密諭各督撫：「東京留學生已盡化為革命黨，不可不加防備……地方督撫於各學生回國者，遇有行蹤詭秘，訪聞有革命本心者，即可隨時獲到，就地正法。」清政府的倒行逆施從反面促進了留日學生的覺醒，他們終於認識到，只有推翻賣國的清政府，建立救國的新政府，才能使中國免於亡國。「欲免瓜分，非先倒滿清政府，則無挽救之法也。」就這樣，拒俄運動成為廣大愛國知識分子從愛國走向革命的一個重要轉折點。1905年夏天，孫中山從美國來到日本，留日學生專派代表百餘人到橫濱迎接，8月13日又在東京專門召開空前盛大的歡迎大會，愛國青年們逐漸集合到孫中山的旗幟下，投入到轟轟烈烈的資產階級民主革命洪流之中。
這一學年沒有完畢，我已經到了東京了，因為從那一回以後，我便覺得醫學並非一件緊要事，凡是愚弱的國民，即使體格如何健全，如何茁壯，也只能做毫無意義的示眾的材料和看客，病死多少是不必以為不幸的。所以我們的第一要著，是在改變他們的精神，而善於改變精神的是，我那時以為當然要推文藝，於是想提倡文藝運動了。
或排滿，或革命，舍死做去，
孫而子，子而孫，永遠不忘。
猛睡獅，夢中醒，向天一吼！
百獸驚，龍蛇走，魑魅逃藏。
改條約，復政權，完全獨立，
雪仇恥，驅外族，復我冠裳。
到那時，齊叫道：「中華萬歲！」
才是我，大國民，氣吐眉揚。
留日學生們為辛亥革命作了大量的輿論宣傳，當時留日的各省同鄉會差不多都有自己的刊物，如《江蘇》、《浙江潮》、《湖北學生界》、《河南》、《四川》、《洞庭波》等等。1903年後，這些刊物一致鼓吹革命，宣傳反清，時人講這時的情況是：「在日本各省留學生，均有留學生會，會中必辦一報，報以不言革命為恥。」這些刊物中，1905年11月創刊的《民報》以宣傳同盟會的三民主義為總綱，在抨擊清政府、鼓吹反清革命、介紹西方資產階級民主學說方面成績卓著，由此引起了清廷的切齒痛恨，一再加以防範，但留日生們還是巧妙地將它不斷輸入國內，有的將封面換上「心理學講義」的名稱郵寄回國。他們還編寫了大量的圖書，為反清革命提供精神武器，其中以鄒容寫的《革命軍》和陳天華寫的《猛回頭》、《警世鐘》影響最大。在《革命軍》中，鄒容宣言道：
我中國今日欲脫滿洲人之羈縛，不可不革命，我中國欲獨立，不可不革命，我中國欲與世界列強並雄，不可不革命，我中國欲為地球上強國，不可不革命。
這一時期，留學和救亡已十分緊密地聯繫在一起，在這股愛國熱潮衝擊下，凡是有損中國國格的行徑都會使留日學生們痛心疾首，奮起反抗。日本警察無故搜查宏文學院學生的行李，留學生們感到這是對弱國人民自由的剝奪，不少人心情沉重，徹夜不眠。於是議論紛紛，互相串聯，準備以全體退學相抗議，後經多方勸導解釋才平息下來。靖國神社展覽中陳列有許多甲午戰爭中的「戰利品」，這引起了中國學生的憤怒，他們聚眾大鬧，將陳列品打翻在地。參觀大阪博覽會，發現福建省的產品陳列在台灣館中，而台灣當時為日本所霸佔，他們敏銳地感到這是日本把中國福建視為其勢力範圍的舉動，堅決反對，經過激烈交涉，終將這些產品遷出。東京卧龍館在「活動寫真」展出活動中醜化中國婦女，參觀的中國留日學生以退場相抗議，宋教仁還與另一學生站在入口，勸誡中國人不要進去，並請人寫了條子貼在門口告訴大家原委。該館的管理人員不讓張貼，雙方爭執起來，宋教仁義正辭嚴地指出，你們有展覽的自由權，但我們有不讓中國人看的自由權，你們侮辱中國，中國人就要抗議。結果該館館主無言以對，只好賠禮道歉。成城學校開運動會，張掛各國國旗，唯獨沒有掛中國國旗，幾百名留學生痛哭流涕，一致抗爭，並明確表示不掛出中國國旗就別想開運動會。經過長時間抗爭，最後迫使校方掛起了中國國旗。青年魯迅留日期間學的是醫學，但是，在一次上微生物學課時，幻燈片上放出日俄戰爭期間屠殺中國人的場面，畫面上居然還有一群中國人麻木不仁在圍觀，這種病態的毫無民族意識的世態，促使魯迅決定用文學來喚醒民眾，他說：
字字句句，擲地作金石聲，具有巨大的革命感染力。湖南留日生楊源濬一次就從東京帶《猛回頭》7000冊回國，這些小冊子很快流傳全國各地，特別是兩湖學堂和新軍軍營，對促進各地武裝起義起了很大的推動作用。
1905年後，隨著同盟會的成立，資產階級民主革命出現了高潮，又過了六年，便爆發了埋葬清王朝的武裝起義。在此期間，留日學生成為骨幹力量，據統計，從1905到1907年，同盟會為數可考的會員有379人，其中354人是留學生，佔93%，而絕大多數是留日生，如黃興、胡漢民、朱執信、廖仲愷、秋瑾等還主持同盟會的工作。為了將革命推向全國，許多留日生放棄了學業潛回祖國活動，他們組織和參加武裝起義，不少人血灑疆場。徐錫麟、秋瑾分別在安慶和大通起義中英勇就義；黃花崗七十二烈士中，有八名是留日學生，他們之中，日本千葉醫學校學生喻培倫，起義時胸掛一筐炸彈，一人當先，殲敵甚多，直到重傷被捕，面對敵人的屠刀，他慷慨高呼：「學說是殺不了的，革命尤其殺不了。」日本慶應大學學生林覺民拋妻別子奔赴戰場，不幸受傷被捕，凜然就義，他給愛妻寫的絕筆書《與妻書》，血淚交織，英勇悲壯，展現了一個革命者為國獻身的偉大胸懷，至今仍廣為傳誦。辛亥革命十年後，孫中山在回顧這一段歷史時曾對留日學生的貢獻作了非常公允的評價，他說：「本黨從前在日本組織同盟會，所得會員不過一萬多學生，他們回國之後，到各省去宣傳，所以辛亥武昌起義，登高一呼，全國響應，不到半年，就收全國統一的大效果。」正是愛國志士們前仆後繼，才使得我們的民族屢遇危亡而沒有沉淪、歷遭浩劫而能夠振興。