甲午戰爭後，國難加深，變法維新學說隨著國家有被列強瓜分的危險而廣為流行。當時，吳玉章雖在榮縣鄉下，卻非常熱心新學，到處收羅新書。一聽到廢科舉、興學校就眉飛色舞，興奮得發瘋一樣廣為宣傳，因而被人人譏為“時務大家”。1903年3月，吳玉章東渡日本留學。吳玉章一到日本就如饑似渴地吞咽各種新學問、新學說。
1905年，孫中山在東京成立同盟會。吳玉章於1906年4月26日宣誓入盟，並被選為同盟會評議部評議員，從此他不但在思想上，而且在行動上都站到了近代革命的前沿。1907年秋，他考入第六高等學校，不久即離校，專門從事革命活動，在東京負責主持《四川》雜誌，積極宣傳反帝反清的革命鬥爭。1910年7月，吳玉章冒險潛赴北京，準備營救因謀刺載灃失敗而被捕的黃複生、汪精衛。劫獄未成，就與熊克武等人同去香港，會同喻雲紀（培倫）試驗炸彈，並赴起義統籌部與黃興等領導人籌商廣州暴動事宜。
1911年3月27日，他親自把最後一批軍火運抵香港，隨即趕赴廣州參加起義行動，途中還在船上趕草檄文。到廣州時得知起義已經失敗，他仍鎮靜地去一處起義機關，派人了解情況，得知城門已閉，官兵正四處抓人，方折返香港統籌部，再親持黃興信件回同盟會總部彙報。這是一次犧牲慘重但推動了全國革命發展的大起義。著名烈士喻雲紀就是在日本受了吳玉章的感召，成了激進的革命者，是廣州之役中勇敢獻身的英雄，犧牲者均葬於黃花崗，民國成立後建七十二烈士墓，碑記中稱吳永珊為“當日未死同誌”。宮琦寅藏夫人知道他為購運軍火多次犯難而毫不居功，曾幾次對孫中山說：“你不要忘記了吳永珊啊！”
1911年7月15日，吳玉章回到了家鄉。一天，他往榮縣城裏去。走到南門外，看見一個人帶著隊伍，遠遠地走在他的前麵，等進城後走到跟前一看，原來這個人就是龍鳴劍。龍鳴劍拔劍起誓道：“不殺趙爾豐，決不再入此門。”同行的軍士們都很感動。龍鳴劍、王天傑沒有到達成都，在仁壽附近即和清軍遭遇，發生戰鬥。自龍鳴劍、王天傑率領起義軍離開榮縣以後，吳玉章便承擔起後方的全部責任。當龍鳴劍病重離開部隊以後，王天傑感到孤單，便率領部隊回到榮縣，找吳玉章商量辦法。吳玉章提出應立即宣布獨立，自理縣政，大家都很讚成。這時，廣安縣的同盟會員蒲洵因來與吳玉章聯係工作，正住在吳玉章的家裏。因考慮到本縣人出來管理縣政，容易惹起糾紛，於是便想請他來主持榮縣民政。征得他本人同意後，便提出來請大家討論，大家一致擁護。9月25日吳玉章和王天傑等在城內召集各界開會，由吳玉章發表演說，宣布榮縣獨立，並提議蒲洵主持縣政。得到大家同意，於是，在一片歡呼聲中建立了榮縣的革命政權，從此，東路民軍也有了一塊根據地作依托了。
榮縣起義，發動於8月初，比武昌起義要早兩個月。榮縣宣布獨立是9月25日，比武昌起義也早半個月。因此，它的影響很大，成為成都東南民軍反清武裝鬥爭的中心。在榮縣獨立的前後，起義軍還曾經占領過彭山、眉州、青神、井研、名山、洪雅、夾江等十數州縣，但都旋得旋失，沒有得到鞏固。隻有榮縣建立了革命政權，並且一直堅持下去。辛亥革命勝利以後，蒲洵還在榮縣作知事，他的政聲很高，受到群眾擁護，替當時的革命黨人保持了榮譽。
1911年12月，南京已被攻克，中華民國臨時政府正在醞釀在南京成立。孫中山也已經從國外回來，前往南京。因此，吳玉章也準備去南京。於是，重慶蜀軍政府就讓吳玉章和楊庶堪作為代表到南京去參加臨時政府的工作。
1912年初，吳玉章到達南京。這時，南京臨時政府和參議院都已經組織起來了。但當他們還在途中的時候，重慶蜀軍政府即已和成都大漢軍政府達成協議：由雙方共同派遣黃複生、李肇甫、熊成章3人為四川省的參議員。因此他們到南京後，即沒有再作蜀軍政府代表的必要了。內務部次長居正和秘書長田桐看見吳玉章沒有做官，感到非常抱歉，忙對他說：“你來晚了一步，若早來點，怎麼也有一個次長當的。現在部長、次長都安置完了，內務部的司長、局長或是參事，你任便選一個吧！”他說：“我們革命不是為了做官，你們且不談這些吧。”
後來，孫中山要他在總統府秘書處工作，他對吳玉章說：“你來得好，現在正要收拾殘局，很需要你來幫忙。”吳玉章於是接受了邀請。這時，原來在總統府秘書處工作的李肇甫已經當參議員去了，吳玉章於是接替了他的工作。當時南北議和已成定局，很明顯，和議一成，總統府秘書處就要取消。因此，開始很紅的秘書處，現在變成了冷門。從前有很多人到秘書處鑽營，現在卻誰也不願來這裏工作了，甚至秘書處也有人暗中作打算，有的幹脆到袁世凱那裏去找官做了。