1912年秋，蔡鍔下令在雲南重開講武堂，這時朱德已晉升少校，先在滇軍中訓練新兵兩個月，雲南講武堂一恢複，他又被調任學生隊任區隊長（學生被分為5個區隊，每個區隊100多人），兼任軍事教官，負責講述戰術學、野戰學、射擊學和步槍實習等軍事課程，還指揮部隊在野外進行演習。1913年，朱德被任命為雲南陸軍第一師第二團第一營營長。
聚集蔡鍔麾下 反對複辟帝製
1913年10月，蔡鍔奉袁世凱命令調往北京。朱德聞訊後去見蔡鍔，提醒他說，調你進京是杯酒釋兵權，我看，你不能去！蔡鍔則對朱德斬釘截鐵地說：“誰要拉中國往回頭路上走，我就帶你一起去割下他的首級來。”蔡鍔到北京後，任全國經界局督辦，他一方麵領導經界局工作，一方麵仍熱心於軍事學術活動。其間，他對袁世凱仍抱有幻想，不斷上書袁世凱，為國防建設和軍隊建設獻計獻策，傾訴他希望建設一支強大武裝力量的強烈願望。然而，野心勃勃的袁世凱，不僅對蔡鍔改革軍事的熱望不予理睬，反而瘋狂地進行軍事獨裁和複辟帝製活動。
1915年5月7日，《二十一條》的秘密簽訂，深深刺痛了蔡鍔，使他看清了袁世凱的反動麵目。8月，在袁世凱的授意下，北京出現了“籌安會”和各類“聯合會”、“請願團”，公然為複辟帝製製造輿論，為帝製唱讚歌。12月13日，袁世凱宣布接受帝位，下令取消民國，改用“洪憲”年號。
袁世凱複辟帝製的活動，使蔡鍔氣憤至極，他決心以武力“為四萬萬人爭人格”。於是，他表麵上裝出不關心政治的樣子，常去北京八大胡同，與名妓小鳳仙廝混，以蒙蔽袁世凱。暗中卻多次潛赴天津，與老師梁啟超商量討袁計劃，並初步擬定了赴雲南發動武裝起義的戰略設想。1915年11月，蔡鍔秘密離京赴津，旋以治病為名東渡日本，後經台灣、香港、越南，於1915年12月19日回到雲南昆明。
朱德聞訊後，立即趕到蔡鍔司令部。當蔡鍔起身向他走來的時候，朱德大吃一驚，發現蔡鍔瘦得皮包骨頭，兩頰下陷。此時，肺結核正在威脅著蔡鍔的生命，他的身體極其虛弱，聲音已很嘶啞微弱，朱德必須很留心才能聽得清他在講什麼。但蔡鍔的一雙眼睛卻閃閃發光，革命的熱情仍在他身體裏熊熊燃燒。眼見將軍拖著病體還在為義事奔走，朱德眼含熱淚說：“可是你有病，不能帶隊去啊！”蔡鍔卻回答說：“別無辦法。反正我的日子也不多了，我要把全部生命獻給民國。”12月25日淩晨，朱德根據蔡鍔的手令，率部發起了起義，擁護帝製派的軍官聞風逃走。朱德集合部隊，召開討袁誓師大會，他在會上慷慨陳詞，講述了全國討袁護國的大好形勢，揭露袁世凱禍國殃民、複辟帝製的罪行，宣布執行蔡鍔將軍的命令。官兵紛紛響應，表示擁護共和，打倒大賣國賊袁世凱。12月30日，朱德改任滇軍補充隊第四隊隊長，負責訓練新兵。1916年1月6日，朱德升任滇軍步兵第十團團長，所部編入以蔡鍔為總司令的護國軍第一軍第三梯團第六支隊。
1916年1月14日，蔡鍔以護國軍第一軍總司令的名義，命令第一軍（滇軍）主力，從昆明向四川前線出發。2月15日，朱德率領部隊到了永寧後，即得到護國軍第三支隊董鴻勳部失利的消息，這時，蔡鍔發來急電，命令朱德日夜兼程急速前進，趕赴納溪，接替董鴻勳的第三支隊支隊長職務。朱德率部經過兩天急行軍，日夜兼程100餘裏，17日趕到納溪前線。他在戰場上調整好部隊之後，立即宣布戰場紀律，說：“我們要消滅北洋軍，打倒袁世凱，就得不怕死，要勇敢衝鋒。在戰鬥中，士兵退，班長殺；班長退，排長殺；排長退，連長殺；連長退，營長殺；營長退，團長殺；我朱德退，全軍殺。這是鐵的紀律，人人都得遵守。”隨後，朱德立即指揮部隊向前衝鋒，將敵人擊退。之後，部隊布防在棉花坡正麵的高地上，與據守在紅廟高地上的北洋軍形成對峙局麵。
親率敢死隊 決勝棉花坡
棉花坡距離納溪城約5公裏，是坐落在金沙江與永寧河邊的一塊高地，江河沿岸都是起伏的山巒，控製著通往納溪的大道，為兩軍必爭之地，地理位置十分重要。北洋軍在這裏集中的兵力有張敬堯、熊祥生等部，他們自恃彈藥充足、武器精良，晝夜不停地用炮火轟擊護國軍陣地。
朱德毫無懼色，他鼓勵部隊說：“北洋軍不經一打，他們從平原跑到山地來，連走路都成問題。我們反袁的部隊是正義之師，他們師出無名，所以勝利一定是屬於我們的。”朱德組織部隊以夜戰和白刃戰頑強地抗擊北洋軍一次又一次進攻，經過頑強阻擊，終於守住了陣地。