回陕后任陕西优级师范、西安府中学英语教师。辛亥革命前夕，由陕西籍革命志士井勿幕介绍入中国同盟会。辛亥西安起义时，策动员生三百余人，参加攻打清军装局，守护粮库，并参加了攻打满城。后任秦陇复汉军都督府交通司长，管理邮政电报，倡议改驿归邮。交通司被裁后，赴美国入匹兹堡大学攻读矿冶学。留美四年，获机械采矿工程师。民国6年（1917），刘宝濂回国，任陕西省实业厅工矿科科长。民国10年（1921），任华县县长，翌年冬升任实业厅厅长。在任三年，曾勘察陕西全省、银、铜、石棉、石油等藏量，并开采石油、铜矿、煤矿，