清光绪卅三年（1907年），张伯烈回到中国，任粤汉川铁路公司总理，年余又回到日本学习法政。清宣统元年（1909年），张伯烈与江元吉、夏道南被推举为湖北留学生代表，回到湖北维护铁路路权，反对张之洞将粤汉铁路、川汉铁路修筑权让与外国列强。后张伯烈和刘心源、密昌墀等人又被推举为代表赴京师请愿，迫使清政府同意成立湖北商办铁路协会。事成之后，张伯烈回到日本继续学业。清宣统二年（1910年），张伯烈任河南提学使，在任内创办了开封女子师范学堂并任堂长。后张伯烈南下参加武昌起义。中华民国于1912年1月1日在南京成立后