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，张伯烈任南京临时参议院议员。1912年2月，南京临时政府因财政困难，孙中山联络流亡日本的盛宣怀准备以汉冶萍公司的矿产作抵押向日本方面借款。张伯烈获悉后连忙报告湖北临时议会，湖北临时议会讨论决议反对，并电请江西议会配合，且派代表赴南京开展游说活动，最终迫使借款之事流产。不久，南京临时参议院通过决议，拟以全中国的赋税作为抵押向俄国