02年（光绪28年），李烈钧入江西武备学堂。1904年（光绪30年）冬，赴日本留学，入东京振武学校。1907年（光绪33年），入陆军士官学校学习砲术。同期的留学生有阎钖山、李根源、唐继尧、程潜等人。在日本留学期间，李烈钧与革命派的思想产生共鸣，乃加入中国同盟会，又参加了北洋系的武学社。1908年（光绪34年），自陆军士官学校毕业归国后，任江西新军第二十七混成协第54标第1营管带。曾因宣传反清思想而一度遭拘禁。1909年（宣统元年），赴昆明，任云南陆军讲武堂教官。此外，他还担任陆军小学堂总办，兼兵备道提调