带领留法学生赴法国，回国后于1911年升任陆军大臣行营处副长官，兼陆军部军法司司长、高等巡警学堂总办、修订法律委员会委员。1911年10月10日武昌起义爆发，陆军大臣荫昌督师镇压。10月13日清军南下时，丁士源任副官长兼总执法官（职务仅次于荫昌与参谋长易乃谦）。此后他随军南下武昌镇压起义。1912年中华民国成立后，他一度避居天津，后于1913年任陆军少将参议，后升任陆军协都统、副都统。1913年11月29日，他获授陆军少将衔。1914年，他任江汉关监督兼外交部特派湖北交涉员。1916年，他获授陆军少将加