如果說甲午慘改使吳稚暉開始覺悟“中國不能不學西方式藝”，那麼戊戌變法的失敗和八國聯軍侵華，進一步刺激他去尋找救國救民的真理。1901年3月，吳稚暉離開財洋公學，東渡日本，進入東京高等師範學校讀書。不久，國內清政府開始實施“新政”，其中重要的一項內容就是辦新學堂。他便於這年12月份從東京回到廣東。吳稚暉在廣東辦學招生，直接接觸到官場內幕，深覺與他個性格格不入，亟亟掩鼻搖頭而去。1902年他便帶了26個少年再赴日本，自己仍入高等師範。時清駐日使為蔡均，吳稚暉請求他保闥江蘇、浙江、江西自費學生9人入成城學校，那是日本陸軍士官學校的預備學校，一年後即可升入士官學校，但蔡均不答應保送。吳稚暉與孫揆均帶著26個學生赴使館與蔡均爭論，吳稚暉伶牙利齒，據理力爭，其餘在東京的中國留學生亦廣為聲援，相持至一星期之久。蔡鈞惱羞成怒，竟叫日本警察以“妨害治安”罪名，驅逐吳、孫二人出境。吳稚暉氣憤異常，寫下了絕命書，憤投水自殺，幸被警察所救而未死。在被迫登上法國郵般回國時，正在日本的蔡元培先生聞訊趕到船上護送他回國。吳稚暉由次事件，認識到清政府的腐敗。回到上海後，便在歡迎大會上慷慨陳辭，痛斥清廷腐敗，喪權辱國，革命思想由此引發。
1902年10月，吳稚暉、蔡元培等人發起成立愛國學社，吳稚暉任學監兼國文教員。1903年起，愛國學社在張園發起演說會吳稚暉等紛紛登台演說，《蘇報》將張園演說詞刊登出來。1903年夏，《蘇報》聘章士釗為主筆，章太炎、蔡元培為撰篙人，報道各地學生的愛國運動，推薦、發表了鄒容的《革命軍》和章太炎的《客帝篇》、《駁康有為政見書》、《革命軍序》等文，革命旗幟鮮明，一時歡迎如狂。
清政文化教育十分恐懼，派人勾結上海公共租界工部局捉拿鄒容、章太炎、蔡元培、吳稚暉等人。結果，章太炎在租界被捕，鄒容自動投案，吳稚暉在親友的勸說下連忙離開上海，先坐船到香港，後轉赴英國。
1903年8月，吳稚暉抵達英國，他在英國雒極為當地中國留學生排憂解騅，在留學生中聲望很高。1905年春，孫中山赴歐洲，在倫敦拜訪了吳稚暉，這是兩位革空家相見之始。孫中山請他一起到老師康德黎家裏吃飯，殷殷相待。會晤給吳稚暉留下深刻印象，他事後回憶：“國父是一個很誠懇、平易近情的紳士。然而祗覺是偉大，是不能形容的偉大，稱為自然偉大，最為適當。世俗所謂偉大，都是有條件襯托出來的，或者是有貴人氣，又或者有道學氣，又或者有英雄氣，或者擺出名士氣，而國父品格的偉大，純出於自然。”是年夏，孫中山到日本，各個資產階級革命團體在東京聯合成一個中國同盟會，以實現民族、民權、民生三大主義為奮鬥目標。是年冬，吳稚暉抱著“我不入地獄，誰入地獄”的決心在倫敦加盟。1907年，他與張靜江、李石曾在巴黎組織世界社，發行《新世紀》，並組織中華印字局，廣印書報，鼓吹革命。巴黎《新世紀》創刊於1907年6月26日，停刊於1910年5月21日，每周１期，共出121號，吳稚暉始終主持其間。《新世紀》成為革命黨的一大喉舌，與在東京出版的《民報》東西相應輝。
吳稚暉在主持《新世紀》其間，以雄健犀利的筆鋒論述了許多重大問題。他屢屢蓍論培擊清室，認為清賊不除，卟使四百兆人浮沉於欲進進步能進步之地位。欲爭起直追，能左右於優等之民族，同趨於公善，非破棄一切障得不可。破棄一切障礙則以毀滅皇統為根本之圖，萬以毀滅滿洲皇統為根本之根本，故他說：“排滿革命，非種族上之問題，乃革命條件上之事類也。”他又屢屢著論痛斥滿清之所謂，立憲“決不能真”。因為真立憲就意味著清政府自割頭，喪失統治權。而由於清政府隻會搞假立憲，革命也就必不能免。他又針對國人的麻木，作文鞭笞，甚而至於將昏睡的中國人譏諷為“豬生狗養”，話雖尖酸，卻能驚醒國人的靈魂，促國人毅然奮起。他又大談科學教育，學習西方工藝，認為要使中國真正走向富強，要造就一代新人，非注重教育不可。