由于李四光在第二高等小学堂的勤奋努力，学习成绩总是名列前茅，于是1904年7月，他被破格选派到日本留学。湖北这批官费留日学生，一共九十名。有高等学堂北书库掌书生吴柏年、方言学堂学生高仲和……但是，高等小学堂的学生，只有东、西、南、北四路各一名。也就是说，在这批留学生中，第二高等小学堂只有李四光一人。
要远涉重洋出国求学，这对于出身贫微的李四光来说，可以说是做梦都不敢想的事。李四光的父母得知此消息后，自然也是万分激动。李四光回到黄冈，在家小憩几日，便与父母辞行，随后赶赴上海同大家会合，乘轮船东渡日本。当轮船驶出吴淞口，进入东海时，李四光凭舷远望，波涛无际，水天相接，顿时感到心旷神怡。海洋是如此的辽阔，比起他所熟悉的滚滚长江，又是另一层的境界。就是在这第一次海上旅行中，使他产生了喜爱海洋的感情，在以后的多次旅行中，不论是巨浪滔天，还是风平浪静，只要登上轮船，行驶在宽广的一望无际的大海上，他总是心情旷达，妙想联翩，成为他思筹精粹的科学论文的好场所。
轮船越过东海，经长崎，过马关、神户，入太平洋，抵横滨。上岸后，乘汽车到达东京，中国留日学生总会湖北分会为迎接新学友，早已安排好了一切。可是，李四光却因出国前父母及亲属为他饯行时，食用了过于油腻的东西加之一路的颠簸，以及初到日本，对异地水土不服，而引起了腹泻，被送进胃肠病院隔离起来。在东京经过一段时间的治疗，身体才得到了恢复。从此，李四光下决心，一辈子再也没有食过大荤。
李四光出院之后，按照留学生监督的指定，进了东京弘文学院普通科学习。这个学院，是专为中国留学生开设的一所普通中学。留学生初到日本，大都先在这里学习日本语言文学和初等数理化，三年毕业后，方可再进专门学校学习有关专业。当时全院有十多个班，每个班分别以中国地名命名，各班大约有四五十人不等。
按照清政府学部的规定，李四光在此期间虽然每月可以领到日金33元的官费，但是每月的学费和膳宿费要缴去25元，其他一切费用，都靠剩下的8元来开支，生活是比较清苦的。当然，对李四光来说，由于他从小就习惯于艰苦的生活，这点困难还是可以克服的。而且，当时湖北官府还发给留学生一些“安家银两”，有了它，无论对自己或者对家里，总要好一点。
就在李四光去日本留学的这一年，即1904年2月，日俄两国为了争夺在我国东北三省的利益，双方在中国的领土上进行了一次帝国主义战争。腐败的清政府对两伙强盗采取纵容的态度，竟然宣称“彼此均系友邦”，甚至将辽河以东划为“交战区”，让双方军队厮杀，而自守什么“局外中立”。经过一年多的时间，在美国的调停下，日、俄签订了《朴次茅斯条约》，日本从俄国的手里夺得了租借中国的旅顺口和大连湾、长春至旅顺口的铁路及其他有关的权益，并强迫清政府承认它们这笔肮脏的交易。这件事对李四光震动很大，一个小小的日本国，经过明治维新才三十余年，就强大到这种地步，竟然打败了比自己大几十倍的俄国，真可谓是“奇迹”。所以他下决心，在日本努力学习，将来回国后把自己的学识贡献给祖国，使之摆脱苦难。
1907年7月，李四光以优异的成绩圆满地完成了弘文学院的全部课程，顺利地通过了毕业考试，并按照自己的志愿，考入日本大阪高等工业学校。
日本经过1868年的明治维新，向西方学习取得了显著的成效，国力日益壮大，逐渐地跻身世界强国的行列。日本明治维新前，社会状况同当时清政府有某些相近之处，加之离中国又近，所以一些有志之士都来日本学习。在日本，当时中国的留学生很多，但是，入高等以上学校的却很少，学农、工、格致各项实业专科的更是寥寥无几。以湖北的留日学生为例，1906年入高等以上学校的，只占留日学生总人数的百分之零点七。其中，学实业专科的，又不到百分之七（日本的高等学校，相当于中国的高中）。产生这种情况的一个主要原因，是日本政府因中国留学生增加速度太快，人员太多，各高等专门学校和大学校限制中国留学生入学人数。例如，李四光考取的大阪高等工业学校，每年只吸收中国留学生十名。据清政府学部给湖广总督赵尔巽的电文中说，1907年，在日本等候进入高等专门学校学习的学生竟有千余人。李四光赶上这个时候，报考大阪高等工业学校，能被录取，是不容易的。如果没有优秀的成绩，是根本不可能的。
大阪高等工业学校，是1899年开办的，坐落在大阪北区玉江町。学校设有机械、应用化学、窑业、酿造、采矿冶金、造船、舶用机关和电气，共8个学科，修学年限均为3年。李四光因为听父亲说，中日甲午战争，由于我们的船不如日本，而被打败，所以从小立下了要为祖国学造船的志愿，去争口气，于是他便选择了舶用机关这一学科。
这一年的暑假，李四光回国探亲。这时，他的父母已迁到了距下张家湾约有3公里的香炉山。李四光一回到家里，全村立刻热闹起来。南北二屯的亲属到家做客，同村乡亲纷纷赶来，家里人为来客沏茶到水，跑前跑后。李四光兴奋地把自己在日本的学习情况，日本人民的风俗习惯、社会发展情况以及在国外的所见所闻，讲述给父母和乡亲们听，并把带回来的各种动物、植物、矿物、机械和轮船的图片贴在墙上，向乡亲们讲解介绍，大家对这些当然都感到十分新鲜。
李四光几年来进步很快，学到了不少科学知识。当时，村子里乡亲饮水都要到门前塘里去担，很不卫生。回到家乡后看到这种情况，他便决定为乡亲解决这个问题，让他们都用上卫生的水。于是便亲自动手，选择屋后竹丛旁掘口井。可惜这时他还没有学地质，不了解地下水的分布规律，挖到约莫6米了，还不出水，也就只好作罢。挖井失败了，他还不甘心，又想了另外一个人工过滤的办法。他买来了一口大缸和一口小缸，在大缸的下端凿一小孔，装一根竹管子，缸底放一层石子和一层沙子，然后盖一层白布；把挑来的塘水倒进上面的大缸里，塘水经过沙石层过滤，从竹管流入小缸内，混水变成了清水。乡亲们跑来看，都称赞他的这个办法好，并效仿起来，从此乡亲们便有了卫生清澈的饮用水。
李四光从日本回来做的这些事，从表面上看虽都是一些小事，但却给当地的乡亲们留下了难忘的印象，并且一直流传下来。每提起这些事，当地老乡们现在还是那么津津有味地谈论着。从这些小事中，我们可以看出，在李四光的年青的心灵里，已经孕育着要用自己学到的科学知识，为人民谋福利的宏大意愿。
9月初，李四光回到了大阪高等工业学校，这时全校有学生400余人。舶用机关科一年级新生19人，李四光是班上唯一的外国留学生。这所学校条件与国内相比较，要好得多，各方面都不错。但是，李四光认为，学习当然要有适当的条件，但最重要的还是自己的努力。假如自己没有认真学习的打算，没有刻苦钻研的精神，纵然学校的环境再好、设备再先进、条件再优越，也将得不到什么收获和知识。
李四光在大阪高等工业学校学习期间，更是抓紧时间，刻苦学习。清晨，同学们还未起床，他便借着熹微的晨光，开始了一天的学习生活。课外时间，他或者在自习室看书，或者到学校的操场上，找个僻静的地方学习，夜深人静，同学们都已进入梦乡，他却还在教室里，或在宿室的走廊灯光下看书。求知的欲望，常常使他不顾疲劳，忘记了睡眠。
这所学校所设的课程，比弘文学院要繁重得多。第一学年有数学、物理学、无机化学、力学及材料强弱论、舶用机关、制图、机械加工、英语等；第二学年增加了冶金学和造船学等；第三学年又增加了电气工学、水力学、工业经济、工场建筑法、簿记等。每周学时39小时至42小时。由于李四光在国内只不过读了一年半的新学，到日本后尽管在弘文学了三年，也是着重补习日文，理科学得比较少，现在来这样正规的高等工业学校，学习这么多的课程，这对他来说，是很不轻松的。但是，李四光采取了把主要精力集中到9门主要课程上去的办法，结果，取得了较好的成绩。例如，第一学年的物理，他的成绩是全班第一；第三学年实修课，即机械加工，他的成绩是全班第二，英语成绩是全班第四。这时他的数学成绩还不太好，后来他到英国留学时，就对数学很下工夫，努力赶了上去。在学习上，李四光还养成了好问的习惯。他认为，我们称某人有学问，是指他好学好问，学与问是不能分开的，只有好学好问的人，才可能有学问。在学习中，他不去探索无关紧要奇闻轶事，而喜欢和同学们讨论各种学术问题，切磋琢磨，互资裨益。也常列出学习上的疑难问题，向老师请教。当时，在中国流行着科学救国，实业救国等思想，李四光正是在这种思想影响下，来日本学习的，以及后来去英国留学，都是寻求救国的道路。但是，这在半殖民地半封建的社会里，只不过是一些不切实际的空想。在当时的条件下，要救国，就只有革命。
李四光在日本东京弘文学院上学的时候，正是资产阶级革命政党——中国同盟会诞生的前夕。以孙中山为代表的民主派所宣传的革命主张，在当时的留日学生中一天一天扩大。当时东京是海外留学生最为集中的地方。过去知识分子是伴随着清政府提倡废科举、办学堂、派留学运动而去的日本，并且人数逐年增加。在日本留学的学生，在1900年不过一百四五十人，至1906年竟增加到一万二三千人。清朝统治者废科举、办学堂、改变教育制度的指导思想，并没有超出“中学为体，西学为用”的范围。清政府曾经三令五申，各级学堂“当以四书五经、纲常大义为主，以历代史鉴及中外政治艺学为辅”，“均以忠孝为本，以经史之学为基，俾学生心术壹归于纯正，而后以西学沦其智识，练其艺能”。但是，与清朝统治阶级的愿望相反，这些青年学生们一旦接触了西方资产阶级的社会政治学说和自然科学，感受着民族危难的刺激和群众斗争的影响，就纷纷走向清朝的对立面，成为清朝统治阶级无法控制的一股新生力量。
在日本的留学生中间兴起了一个创办刊物的热潮。这些政治刊物，大都以宣传爱国思想，号召救亡为中心。大部分刊物都抨击清政府丧权辱国，昏庸腐败，认为只有努力学习西方，奋起自救，才能外御列强，保护权利，挽救中国。1901年留日学生创办的《开智录》、《国民报》等刊物，都曾撰文指出：“世界上最令人可惊、可惑、可憎、可恶者，莫如今日之所谓文明国也”，“今日之世界，是帝国主义最盛而自由败灭之时代也”。清政府既然甘心充当帝国主义统治中国的工具，那么，“恃今日之政府官吏以图存”是不可能实现的幻想，“欲立新国乎，则必自亡旧始”。唯一的出路在于革命。《开智录》译载了卢梭的《民约论》，《国民报》的“译编”中载有《美国独立檄》、《孟德斯鸠学说》等文章。他们从西方资产阶级革命时期的思想武库里，借取了天赋人权，自由平等的学说，作为自己进行革命斗争的思想武器。继《开智录》和《国民报》之后，《湖北学生界》、《新湖南》、《浙江潮》、《江苏》……宣传革命的书报杂志也纷纷在东京出版，民主革命思想迅速传播开来。
随着民主革命思潮的广泛传播，曾经以维新变法而名噪一时的康有为、梁启超，因为他们那一套君主立宪的主张已经落后于时代的要求，在留日学生中的影响不断缩小，并被不少人斥为保皇党而抛弃了。戊戌政变后，康有为、梁启超等先后逃亡日本。这时，孙中山正在日本东京、横滨等地宣传革命。孙中山与康、梁就联合反清问题多次会谈。康有为顽固坚持不能忘记“今上”，并前往加拿大等处建立“保救大清光绪皇帝会”，即保皇会，鼓吹君主立宪的政治主张。梁启超也在横滨创办《清议报》，在歌颂光绪“圣德”的同时，大力抨击清朝当权的“逆后贼臣”，宣传资产阶级社会政治、文化、道德思想，但他始终对民主革命表示怀疑。随着革命形势的发展，康有为、梁启超所宣传的改良主张越来越失去人心，一落千丈。康有为大为恼火，便撰文对革命派及其传播的民主革命思想进行恶毒的攻击，目的是扑灭民主革命思想。相反，不但没有遏抑民主革命思想的传播，却导致双方一场论战。在这场民主派与保皇派进行斗争的过程中，更加推动了民主革命思想的传播。
面对革命运动不可遏止的发展形势，急于寻求新知识的李四光，此时除学习日文，准备进专门学校外，对政治更加关切，对祖国的革命也非常关注。他经常出入留学生会馆，赴集会，听演讲。1904年12月，宋教仁来到弘文学院学习，李四光同他往来较多，关系比较密切。宋教仁，1882年出生于湖南桃源，1899年入漳江书院读书，喜欢政治、法律、地理诸学科。1903年考入武昌文普通中学堂，议论时政，渐萌革命思想。1904年2月，曾与黄兴、刘揆一等在长沙创立华兴会，并被推为副会长，并谋划在11月16日慈禧70岁生日时在长沙发动起义，因事泄，遭到清政府通缉，逃到日本，并与李四光结识。宋教仁到日本后，继续宣传革命，并出任同盟会司法部检事长。1911年潜回国内参加武昌起义。1912年1月，南京临时政府成立，任法制院院长。袁世凯篡权后，宋教仁又积极主张成立责任内阁，制定民主宪法，反对专权，深为袁世凯所忌，1913年3月，袁世凯派人将其刺杀于沪宁车站。
李四光与宋教仁都来自湖北省，在异国他乡相遇，自然很亲切。当时虽然在日本的留学生不少，但能意外遇到一个同乡也是不易的。正由于这种同乡的关系，二人来往较频繁。经宋教仁介绍，李四光又结识了住在神田区锦辉馆附近的马君武。马君武，名和，字君武，广西桂林人，1882年出生，比李四光大7岁。当时在日本京西大学学工艺化学，后去德国学习冶金。中华民国成立后，担任南京临时政府实业部部长等职。晚年担任广西大学校长，并曾译注过达尔文的著作。宋教仁、马君武是中国资产阶级民主革命的活动家。李四光同宋教仁、马君武的往来接触，使他受到了更多的民主革命思想的熏陶，逐步接受了民主革命思想，开始走上了革命的道路。在当时的中国留日学生中，围绕着剪不剪掉盘在自己头上的长辫子，竟然成为革命与不革命的一场斗争。那些具有民主革命思想的人，认为长辫子是民族压迫的象征，是中华民族的耻辱，毅然把它剪掉了，并且嘲讽那些留着长辫子的人是“长尾奴”。而封建思想顽固的人，则认为长辫子是中华民族的象征，中国人应该留着长辫子，生怕剪去辫子将来当不成官，见不得人，所以死死地护住它，不肯剪掉。李四光到东京不久，就决然剪掉盘在头上的长辫子，表明自己站到革命的一边。他认为，男人蓄辫子，是清王朝统治的标志，是保皇派的象征。清王朝统治者腐败无能，弄得祖国风雨飘摇，人民苦难深重，全国人民早就迫切要求推翻清王朝的反动统治。剪掉辫子，表示推翻清王朝的决心，这完全是革命的行动，是进步的表现。那些认为留着辫子是清朝统治的象征，是对清王朝忠诚的散发腐臭气味的封建教条，应该彻底打倒。
1905年7月，孙中山由法国来到东京，受到中国留日学生和各革命团体的热烈欢迎。由于国内革命形势的发展，孙中山感到各革命团体分头活动，力量分散，已经不能适应革命的需要。他在各革命团体领导人中间做了许多工作，宣传互相联络的重要，倡议联合兴中会、华兴会、光复会以及其他革命团体、成立一个全国规模的统一的革命组织，以便领导全国的民主革命运动。
有一天，李四光正在一个小饭馆吃晚饭，一位朋友走过来低声地通知他，孙中山已经到了东京，决定明天在赤坂区开会。李四光听了非常高兴，感到有机会能够见到大家敬仰，自己时时刻刻都想见到的孙中山先生，是很难得的。李四光万分激动，几乎一夜没有合眼，第二天一早便乘坐电车来到赤坂区，进了一座日本式的小房子，这座房子前后有两大间，侧面有一两个小间，中间有一个小花池，是一个日本中等或中上等人家的布置。当他与同来的朋友脱鞋入室的时候，看见已经有二三十人席地而坐。除孙中山以外，还有黄兴、宋教仁、田梓琴、刘揆一、刘道一、曹亚伯、马君武等人。在座的还有两位日本朋友，一个叫宫崎滔天，另一个是梳着向左分头发的内田良平先生，以后又陆陆续续进来一些人。开会时，孙中山、黄兴等相继演说，提出把革命团体联合起来，成立一个新的革命组织。经过大家讨论，都表示同意。孙中山提议把组织的名称定为中国革命同盟会，讨论结果都同意用这个名称，简称为“中国同盟会”。同时，接受孙中山的主张，以“驱除鞑虏，恢复中华，建立民国，平均地权”作为同盟会的宗旨纲领。接着，举行同盟会会员的入会宣誓仪式。仪式是在会场旁的一间小屋子里各个挨次进行的。当李四光进入这间小房子时，看到领着宣誓的是孙中山。宣誓完了以后，孙中山亲切地摸着李四光的头说：你年纪这样小要参加革命，这很好。你要“努力向学，蔚为国用”。从此，年仅16岁的李四光，就成为孙中山在日本组建同盟会时第一批年轻的会员。孙中山的勉励，对于李四光后来努力学习，立志为建设国家作出贡献，是有深远影响的。
8月20日下午，同盟会会员100多人，欢聚在东京赤坂区灵南坂本金弥子爵的宅邸，举行中国同盟会成立大会。孙中山先生发表激昂的演说，词语极为流畅，道理讲得透彻。他说：“什么是革命？革命就是造反，反者是反对满清政府。我们现在力量还不够，是要大家造出来的……”许多人也相继发言，极力诋斥君主立宪的主张。当时以康有为、梁启超为首的改良派竭力主张放弃暴力推翻清王朝。他们攻击革命派提出的民族主张是无的放矢，根本没有实行的必要。他们把革命描述为杀人盈野的残暴行动，企图引起人们对革命的恐怖，并且危言耸听地说：“革命之举，必假借于暴民乱人之力。天下岂有与暴民乱人共事，而能完成者乎？终亦必亡，不过举身家国而同葬耳。”污蔑“革命排满”的口号是要杀尽满族人，妄图抽掉民族革命的阶级内容，制造满、汉人民之间的分裂。认为“排满”和“爱国”是互不相容的，并以革命将招致帝国主义干涉为借口，宣扬反清革命不但不能救国，反而非导致亡国不可，来恫吓革命派必须立即放弃推翻清王朝的革命主张。
在要不要建立资产阶级共和国的问题上，康有为则贩卖“三世说”的庸俗进化论的观点，认为由“据乱世”必须经过“升平世”，才能到达“太平世”，即由封建专制经过君主立宪，才能实现民主共和。诬蔑中国人民“既缺乏自治之习惯”，“又不识团体之公益”，不但不能实行民主共和，而且也不能立即实行君主立宪，只能实行“开明专制”，说什么“与其共和，不如君主立宪；与其君主立宪，又不如开明专制。”以康有为、梁启超为代表的资产阶级改良派，对民主革命运动迅速发展，成为不可阻挡的时代潮流十分仇视和恐惧。他们顽固地死守改良衣钵，制造种种谬论对革命派进行攻击，妄图阻遏民主革命思想的传播和发展，这时的改良派已经堕落成为清朝统治势力帮凶。革命派与改良派已经是两种思想，两种道路的对立了。
在同盟成立大会上，许多人谈到实行革命，辩论纷纷，对改良派的主张予以了有力的回击。他们列举许多历史事实，揭露清王朝推行民族压迫政策的罪行，戳穿改良派为清政府掩饰的欺骗宣传，进一步论证了民族革命的必要性和正义性，提出“排满”并不是要杀尽满族人，而是联合包括广大的贫苦的满族民众，反对一小撮统治者。指出因革命而流血是不可避免的，也是不足害怕的；唯有通过暴力革命，才能获得民族的解放和社会的进步，解除亿万人民所受的痛苦。革命不但不会招致帝国主义干涉，反而是挽救民族危亡，避免列强瓜分的唯一途径。爱国必须与革命联合起来，离开了民族革命而谈爱国，实际上是宣传奴化思想；离开民主革命而谈爱国，实际上是为封建专制统治尽忠效劳。中国人民完全有能力推翻君主专制制度，建立一个民主共和的国家。在中国实行“开明专制”，实际上是要使中国人民永远处于被清朝统治者所奴役的地位，“政治革命”的意义是要推翻清朝封建专制统治，在中国建立资产阶级共和国。民主共和是大势所趋，人心所向，中国人民必须为建立一个民主共和的国家而奋斗。李四光听了这些人的发言，激动不已，更是耳目一新，更加坚定了他为孙中山先生所倡导建立民主共和的国家而努力奋斗的信念和决心。孙中山也始终带着和蔼沉默的风度，倾听大家的发言。忽然，有人提出一个问题，说：“我们是排满革命，假如满人要加入同盟会，我们怎么办？”会场为之哗然，都以为这位朋友的说话太无意识。这时，只见马君武站了起来，回答说：“我们是反对卖国亡国的满清政府，如果满人中有与我们志同道合的，我们当然欢迎。”全体立刻鼓掌，孙中山鼓掌，李四光也跟着鼓掌。事实上，同盟会成员对孙中山提出的中国同盟会的纲领的态度并不一致。有的只接受民族主义纲领，在筹备会上就有人提议定名为“对满同盟会”。有的不赞成或忽视土地纲领，只接受民族、民权的“二民主义”。表示赞成三民主义纲领的，在具体解释上也存在着很大的差异。尽管如此，在同盟会成立以前，虽然存在着兴中会、华兴会等革命团体，但基本上没有脱离旧式会党的组织形式和活动方式，而且带有浓厚的地域色彩。同盟会具备了近代资产阶级革命政党的规模条件，并成为当时领导全国革命运动的中心。
同盟会设计了一套比较完整、系统的组织方案。选举孙中山为总理，按“三权分立”原则，设执事、评议、司法三部。黄兴主持执事部庶务科，总理外出时由庶务代理一切，相当于协理。并依章程规定，定东京为同盟会总部所在地，国内分东、西、南、北、中五个支部，支部下按省设立分会，海外华侨分南洋、欧洲、美洲、檀香山四个支部，支部下按国别、地区设立分会。
散会后，李四光同马君武在回寓所的路上，不意遇着湖北留学生监督李宝巽。他是一个汉军旗，思想顽固守旧。这位“奴才”开口便说：“你们小孩子不读书，到外面干些什么，我都知道，再不要胡闹！”李四光和马君武不愿理睬他，转身走去。这时，李四光联想起马君武在大会上的发言，便半开玩笑半认真地说：“你去请他加入同盟会好不好？”马君武听了哈哈大笑。
李四光参加同盟会之前，虽然痛恨清朝政府的腐败和它所带来的民族灾难，迫切要求改变这种现状，但是，他的思想主要还是受了康有为、梁启超要求学习西方、变法维新的影响，认为中国所缺的，主要是物质文明。所谓物质文明，不过是指那些轮船、火车、大炮之类。到了日本以后，他逐步开始接受孙中山先生的资产阶级民主革命思想，认识到国家要富强、昌盛，民族要免受欺压、凌辱，非从政治上先来个改变不可。而要实现这一点，康、梁主张的改良道路是行不通的，必须推翻清朝政府，建立民主共和的国家。至于用什么办法去推翻满清王朝，在一段时间里他是不明确的，甚至认为这方面的问题，应该由社会活动家去考虑，而他自己则应该在发展祖国的科学技术方面多做些工作。
1905年10月，同盟会创办了机关刊物《民报》。孙中山先生在发刊词中，将同盟会的十六字革命纲领归结为民族、民权、民生三大主义，即所谓三民主义，并且宣布要将三民主义“灌输于人心，而化为常识”。
民族主义包括“驱除鞑虏，恢复中华”两项内容，即推翻清王朝统治，变半殖民地半封建的中国为民族独立的中国。孙中山批判了革命党内存在的片面“反满”思想，指出：“民族主义，并非是遇着不同族的人便要排斥他”；“我们并不是恨满洲人，是恨害汉人的满洲人。假如我们实行革命的时候，那满洲人不来阻害我们，绝无寻仇之理。”孙中山与当时一些激进的资产阶级革命分子认识到，中国社会所以陷入“外邦逼之”的境地，主要原因就在于反动腐朽的清政府是帝国主义统治中国的工具。中国人民与清朝统治者之间的矛盾，成为帝国主义与中华民族的矛盾、封建主义与人民大众的矛盾的焦点。同盟会民族主义纲领的提出，最大限度地孤立了清朝统治者，大大加速了清王朝土崩瓦解的过程。
民权主义的内容是号召推翻封建专制主义的统治，建立资产阶级的民主共和国，使国民享有参政权。孙中山指出“中国数千年来都是君主专制政体，这种政体，不是平等自由的国民所堪受的”；“就算汉人为君主，也不能不革命”。他把民族主义与民权主义紧密结合起来，指出：“我们推倒满洲政府，从驱除满人那一面说是民族革命，从颠覆君主政体那一面说是政治革命，并不是把它分作两次去做。”要废除君主专制制度，不是专靠“民族革命”可以成功的，必须进行“政治革命”。
民生主义的具体内容为“平均地权”。为了预防贫富分化和对立，解决土地问题是中国革命后的迫切任务，并制定出具体的解决办法，即“核定天下地价，其现有之地价，仍属原主所有；其革命后社会改良进步之增价，则归于国家，为国民所共享。”
同盟会的纲领是一个比较完整的资产阶级民主主义革命的纲领。在动员和组织群众推翻封建帝制，建立民主共和国的斗争中，起了巨大的作用。以孙中山为首的革命民主派坚持通过武装斗争推翻清朝统治，建立民主共和国的资产阶级革命立场，团结和发展了革命力量，推动了革命形势的向前发展，促进了革命高潮的到来。
同盟会总部在东京的成立，引起了清朝政府的恐慌，立即密托日本政府对革命党人“随时踪迹，窥其举动”，日本文部省发布命令，加强对中国留日学生的约束和控制。为此，遭到了中国留日学生的普遍反对。路矿学堂首先罢课，李四光所在的弘文学院继之，两三天内波及各校。李四光当然也参加了反对日本政府对中国留日学生禁阻的罢课行动。个别爱国留学生不惜生命，抗击日本政府的这个无理的行为，陈天华就是其中的一个。
陈天华，1875年出生，湖南新化人，1896年随父迁新化县城，为小贩。后得族人帮助，入资江书院读书，旋又考入新华求实学堂。1903年由该学堂资送日本留学，入李四光所在的弘文学院师范科，很快地接受了孙中山的民主革命思想。他怀着对祖国的无比热爱和对帝国主义的深仇大恨，写成了《警世钟》和《猛回头》等书，宣传革命思想，主张反对帝国主义，推翻“洋人的朝廷”清政府，建立民主共和国，挽救民族危亡。1904年回国，与黄兴、宋教仁等在长沙创立华兴会，参与策划在湖南武装起义，事泄逃亡日本，参加组建了中国同盟会。当日本文部省颁布《取缔清国留日学生规则》，他奋起反对，投入日本大森海湾自杀，勉励人们“去绝非行，共讲爱国”，并给留日学生总会一封信，要求坚持斗争。
陈天华愤而投海自杀，鼓励了留日学生誓死救国的爱国热情。中国留日学生总会决定，在日本的中国留学生全体罢学回国，不在日本受辱求学。曹亚伯、马君武等被选为回国纠察员。
这个消息传回国内，清政府恐怕事态闹大，湖广总督张之洞曾两次打电报给湖北留日学生，一面劝阻，一面威胁。“各该学生不听官师父史训诫，藉端索费回国，罢学业于不顾，大负本部堂期望之意，凡动身回国者，以后永不准再请游学，其尚未动身者，应即责任该监督迅速传谕各生，将学费缴回，……勿自得擅归，若不遵此谕，即系无志向学人，本部堂断不稍加姑息。”
当李四光准备同其他留日学生一起归国的时候，孙中山打来了电报，不赞成留日学生全体回国，怕同盟会员大批回国后，有被清政府一网打尽的危险。同时，日本政府受了国内外舆论的压力，也不得不表示让步，答应了中国留日学生提出的多项条件，其中包括正式承认中国留学生会馆的合法权利。1906年11月，中国留日学生开始复课。就这样，李四光没有回国，而是继续留在日本学习，直到从大阪高等工业学校毕业后，才回到祖国，这是1910年的事了。
