1915年12月，在上海参与肇和舰起义。1916年，在山东潍县参与组织中华革命军东北军，但遭到失败。1917年，孙中山在广州建立护法军政府。1917年（民国6年）9月，邵元沖被任命为大元帅府机要秘书，代行秘书长职务。1919年（民国8年）冬，邵元沖赴美国哥伦比亚大学、威斯康辛大学留学，后奉孙中山之命视察海外中国国民党的工作，先后赴美国及西欧的英国、法国等国，并赴苏联学习军事，再赴德国游学。1923年11月，在苏联莫斯科结识正在访问苏联的蒋中正。回国后，邵元沖在1924年1月召开的中国国民党第一次全国