岳王会会员加入同盟会之后，同其他资产阶级的革命派一道在各地开展有组织的活动。这个时期，起义、暗杀时有发生，全国的革命形势进入新的阶段。
1911年10月10日，武昌起义的炮声，开启了推翻两千多年封建君主专制的革命活动，也惊起了革命党人的革命热情，他们看到了革命的曙光，对新政权寄予很大期望。面对国内局势，陈独秀也迅速活跃起来。武昌起义后，各省纷纷响应，对清政府宣布独立。陈独秀奋笔疾书，写了一篇革命檄文，交予杭州陆军小学堂队长、光复会会员周亚光。他“用一张大纸写好”，同下属深夜贴于杭州鼓楼门房。该檄文使得“省垣官吏闻之悚然”。1911年11月5日，杭州光复；同年11月11日，在革命党人的积极响应和活动下，安徽宣布独立。
安徽独立后，临时议会推举孙毓筠为都督。1905年夏，陈独秀为了联络革命力量曾“遍游皖北”。在这次游历中，陈独秀在寿县客居半月，结识了清朝贵族出身的孙毓筠，并且对孙毓筠产生了深刻的影响。21日，孙毓筠抵达安庆就职，立刻电召他的“革命导师”陈独秀回皖任安徽都督府秘书长。12月中旬，陈独秀回安庆任职，准备施展自己的政治抱负。后来时局动乱，孙毓筠托病请假。次年4月，陈独秀辞职重办安徽大学堂。6月，陈独秀劝说柏文蔚回安徽主持工作，他自己再次任安徽都督府秘书长。
陈独秀到皖任职之时，安徽形势一片混乱。1912年元旦，海外归国的孙中山在南京宣告“中华民国”成立，并就任临时大总统。当时国内形势并不稳定，革命阵营内部，立宪派与旧官僚明争暗斗，割据实力；革命阵营外，袁世凯觊觎安徽，对安徽的革命力量采取各种手段打压分化。安徽宣布独立前后，省内乱军横行，群龙无首。恰逢1911年安徽遭水灾，民生困难，许多州县横尸荒野，惨不忍睹。
陈独秀上任后，为安徽人民做的第一件好事就是组织救济各州县灾民。1912年初，陈独秀同卢含章、李光炯等来到上海，“邀集（安徽）旅沪军、学、绅、商各界与华洋义赈会接洽，切商募捐、借款两项办法”，以救济灾民。他们还成立了“全皖工赈办事处”，陈独秀等十四人担任议董，聚集资金，抢修沿江大堤。[5]
然而，陈独秀在安徽期间，与孙毓筠相处得并不融洽，二者政见及性格分歧较大。政见方面，孙毓筠认为推翻了清政府就万事大吉了，而陈独秀则把新政权、新政府作为施展其政治抱负的平台，热切策划改革；性格上，孙毓筠是贵族少爷出身，革命信念不彻底，革命意志不坚强，且贪食鸦片，不理政事，而陈独秀个性激进，热心改革，是都督府里的实际问事人。(www.xing528.com)
陈独秀在安徽都督府任秘书长期间，投入了极大的革命激情。后来柏文蔚任都督时，秘书长陈独秀与参谋长徐子俊、机要秘书王曙笙、高级参谋徐唯一四人负责规划安徽新政的行政工作、施政方针等。
陈独秀在安徽期间，所提出的施政之举大致有三：
其一，改善人民生活。陈独秀虽然出身并不差，但自立自强。留日期间，陈独秀办报纸、闹革命，经受了常人难以坚持的艰苦生活，所以他对人民疾苦感触颇深。陈独秀初次任安徽都督府秘书长之时，正赶上安徽天灾人祸、民不聊生，他迅速投入工作，主持了安徽的赈灾工作。
其二，对旧有官僚择优录用。陈独秀反对因旧官僚有行政经验或者有家族势力而全盘录用，主张精选录用。工作分配上，陈独秀主张在行政机构中尽量安插革命同志，以确保行政的纯洁性。
其三，大刀阔斧地实施改革，大力革除革命障碍。1913年3月“宋教仁案”后，陈独秀起草斥责袁世凯的抗议信，并亲赴上海与孙中山磋商讨袁大计。6月，袁世凯下令罢免安徽都督柏文蔚，并委任孙多森接任。陈独秀因鄙视孙多森，而呈请辞职，未待批准，留书径去。7月，柏文蔚宣布安徽独立，陈独秀又协助柏文蔚进行讨袁斗争。虽然斗争最后失败，陈独秀不得不离开安徽，但这次讨袁提高了陈独秀的政治敏锐性和革命胆略，更重要的是，这一经历也令他认识到中国革命的艰巨性、复杂性，为他以后的革命探索积累了经验。
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