黄兴通过翻印邹容的《革命军》等大量革命人士的书籍，传播革命思想。年12月黄兴在湖南成立华兴会和年在上海创立光复会。年11月4日，他卖掉自家庄园土地，邀集刘揆一、章士钊、宋教仁等十二人，在长沙坡子街附近的一处住宅中集会，以兴办矿业为名成立华兴公司，口号为：“同心扑满，当面算清”。
宋教仁华兴会在长沙创立。华兴会的创立，以湖南、湖北留日学生及各学堂学生为主体，宣传革命思想和沟通意见，并准备行动。黄兴处事一向慎重，华兴会创立时，黄被推举为会长后，首先提议：望诸同志，对于本省外省各界与有机缘者分途运动，俟有成效，再议发难与应援之策。会员们都为革命做着准备工作。以“驱逐鞑虏，复兴中华”为革命口号。科学补习所成立时，正值黄兴回到湖南，科学补习所开会欢迎，黄提出这年11月16日，乘慈禧太后七十生辰起义计划，当众一致表示赞同，并约定湖南发难，湖北响应，之后革命工作十分顺利。
慈禧太后华兴会成立时，黄想会员都为知识分子，恐怕与秘密组织会有隔阂，因刘揆一曾与哥老会首领有交往，让他负责联络哥老会，另设同仇会作为分支，使哥老会与华兴会总部不直接接触，防止机密泄露。众多哥老会众加入同仇会，黄兴组织建立了革命旅，自任大将，刘揆一任中将掌理陆军事；随即商议慈禧寿辰起义计划。之后的时间里，华兴会大力招募会员，并在外设立分会，同时联络其他同性质的组织，议定于慈禧太后70岁生日大宴时在长沙起义。
年10月24日，由于起义的风声走漏，官府派兵查封华兴会，策划长沙起义失败。黄兴住宅被围，幸而黄兴外出，秘密隐居近一月后，从长沙转移到上海，再逃往日本。次年黄兴再次回国策划起义，失败后返回日本。
年7月，他结识孙中山，在日本拥护孙中山组成中国同盟会。8月20日，中国同盟会在东京正式成立。黄兴任行政庶务组长兼任副会长，居协理地位。成为同盟会中仅次于孙中山的领袖，当时号称孙黄，之后主要发展革命分子、组织武装起义。
年夏，到越南河内，与孙中山一起策划在南方起义。9月，黄兴先后参与或指挥钦廉防城起义；12月发动镇南关起义。
年3月，黄兴等人由安南再次进入广西，率领余人在钦廉上思起义，与2万清军周旋数月，并激战数十回，大破清军。后弹尽粮绝，以四人而御六百敌军，机智从容退回河内。之后云南河口起义，都遭失败。
年秋受孙中山之托，在香港成立同盟会南方支部，策划次年春广州新军起义，再次失败。
年11月3日，与孙中山等在马来西亚集会，决定在广州再举行起义，与清军决一死战。
年4月23日，副总指挥黄兴与总指挥赵声领导黄花岗之役，黄兴率领敢死队进攻督署。他首先发难，连发三弹，率敢死队百余人，攻入两广总督衙门，发现总督已逃跑。此次起义多人牺牲，事后收敛殉难者遗体，有八十余具，察实身份者七十二具，史称“黄花岗七十二烈士”。黄兴指挥队伍杀敌，战至最终只剩他一人。右手负伤，断两指，在同志的掩护下将他送至香港就医。到了香港，黄兴做了手术。黄兴在黄花岗起义失败后痛心青年同道的损失和海外华侨捐款的虚掷。
年10月10日，武昌起义爆发。10月28日，黄兴由上海到达汉口，被推为中华民国军政府战时总司令，指挥民军和清军的战斗。革命军总司令黄兴在汉口、汉阳对清军作战。苦战多日后，民军退至武昌；此时，黄兴认为应转攻南京，遭革命党人反对，于是辞职去上海。黄兴于12月赶往南京指挥战事，并于12月2日一举攻下南京城。
在占领了上海、苏州、杭州等地后，黄兴到上海。12月4日，宋教仁、陈其美等却召集留在上海的各省代表在上海举行独立各省都督府代表会议，先后推举黄兴为大元帅和副元帅代行大元帅职权，均未赴任。同时议决通知孙中山回国主持大政。黄兴参与南北议和谈判。后改推举黎元洪为大元帅。