留日学生中鼓吹革命，宣传共和。1905年夏，孙中山从欧洲来到日本，创建了中国同盟会，陈家鼎加入中国同盟会，任中国同盟会总部评议员。他还和杨守仁、宁调元创办革命刊物《洞庭波》（后更名为《汉帜》），他任主编。中国同盟会成立后不久，他就被孙中山派回中国，在长江沿岸发展组织，先后在上海、武汉、长沙设立机关。他也是第一个在长江沿岸设立中国同盟会机关的人。他还结识了长江会党首领杨恢、成亚龙、郑先声、马福益等人，并在会党中进行革命活动。他担任了长江沿岸七省同盟会视察。在上海的中国同盟会机关由任职于阜丰公司的孙毓筠