בישיבה כתב ביאליק את שירו "אל הציפור", ונמנה עם מקימי האגודה הציונית הסודית "נצח ישראל". הוא אף חיבר את המניפסט שלה ופרסמו בעילום שם בעיתון "המליץ".
בעת המרד נגד הנצי"ב מצד חלק מהבחורים, על הרקע הכוונה למנות את בנו הרב חיים ברלין לראשותה, לא התערב ביאליק. הוא רק השאיר לנצי"ב מכתב עלום שם, מנומס ומליצי. ראש הישיבה השתבח באיכות הלשון במכתב והבטיח פרס למי שיחשוף את הכותב. עקב הסכסוך החמור, ששיתק את הלימודים, עזב ביאליק את וולוז'ין. יותר ממאה תלמידים ליוו אותו לתחנת הרכבת "שתי פרסאות" עד תחנת הרכבת. הוא כתב מאוחר יותר: הגבעה מעליה נפרד מחבריו כונתה לימים "גבעת ביאליק". יחסו הדו-ערכי לשהותו בוולוז'ין, שנמסכו בו נוסטלגיה וכבוד ללומדי התורה לצד תסכול וסלידה מצרות האופקין והניוון של העולם המסורתי, התבטא בשירים כמו "עַל סַף בֵּית-הַמִּדְרָשׁ".
באודסה.
בשנת 1892 ה'תרנ"ב הגיע ביאליק לאודסה, מוקדה של ההשכלה והתרבות היהודית החדשה בדרום רוסיה. ביאליק חשש מתגובת סבו האדוק לכך שישתקע במוקד של פריקת עול, והסתיר את נסיעתו. אודסה הפכה בהמשך למקום מגוריו העיקרי: הוא שהה בה כמעט ברצף בין 1900 ל-1921 (תר"ס-תרפ"א), למעט שנה בוורשה ב-1904 ה'תרס"ד, וכתב בה את רוב יצירותיו.
עם הגעתו לראשונה העירה, התארח ביאליק במשך מספר חודשים בביתו של הרב אברהם יואל אבלסון. הרב נתן לליליינבלום את מחברת השירים שלו, וזה בתורו הפנה אותו לאחד העם, אשר המליץ עליו בפני עורך ה"פרדס" י"ח רבניצקי. רבנציקי היה לימים שותפו במפעלותיו. בחוברת הראשונה של "הפרדס", בשנת תרנ"ב, נתפרסם שירו של ביאליק "אל הצפור".
אחרי כחצי שנה שב לז'יטומיר אל סבו, ששכב על ערש דווי. מאחר שישיבת וולוז'ין נסגרה, לא היה יכול עוד לטעון שהוא שוהה שם. השיבה לז'יטומיר הייתה כרוכה בייאוש גדול, שלימים קיבל ביטוי בשירו "בתשובתי", ונראה היה לו שנסתם הגולל על שאיפותיו. במהלך השנה בה ישב בבית סבו בעל כרחו, כתב כעשרים שירים, בהם הוא מציג את עצמו כאסיר מדוכא השואף למרחבים.
בשנת 1893 שידכו לו סבו ובני המשפחה את מאניה לבית אָוֶרְבּוּך, בת למשפחת סוחרי עצים אמידה מהעיירה הסמוכה קורוסטישיב. לאחר נישואיו נכנס ביאליק לעסקיהם. לו ולאשתו לא היו ילדים כל חייהם. בתקופה זו כתב כמה יצירות שנחשבות למרכזיות בשירתו, בהם השירים: "עַל סַף בֵּית-הַמִּדְרָשׁ", "מֵתֵי מִדְבָּר הָאַחֲרוֹנִים", ואת הפואמה "הַמַּתְמִיד".
בשנת ה'תרנ"ז (1897) כתב ביאליק את שיר התוכחה הראשון שלו, "אָכֵן חָצִיר הָעָם", על רקע ההכנות לכינוס הקונגרס הציוני הראשון בבזל בסוף אותה שנה עברית. כמו כן כתב באותה תקופה את השיר "אִם-יֵשׁ אֶת-נַפְשְׁךָ לָדַעַת", והחל בכתיבת סיפורים. הראשון בסיפוריו הוא "אריה בעל גוף". משם עבר לסוסנוביצה לעסוק בהוראה.
בשנת ה'תרס"ט 1899 נפתח באודסה החדר המתוקן בהנהלת הסופר והפדגוג ש. בן ציון, וחברי הוועד הציעו לביאליק להורות ב"חדר" החדש. ביאליק הסכים והחל לעבוד כמלמד בחדר. שנותיו הראשונות באודסה היו תקופה מאושרת בחיי ביאליק, ובה חיבר את שירים רבים וביניהם "צפרירים", "שירתי", "זהר" ו"משירי החורף". קובץ השירים הראשון שלו ראה אור בשנת ה'תרס"א 1901.
יחד עם י"ח רבניצקי, ש. בן ציון, אלחנן ליב לוינסקי ומאיר דיזנגוף, ייסד ב-1902 את הוצאת "מוריה", שמטרתה הייתה להוציא לאור ספרי לימוד הכתובים בשפה העברית.
בשנת ה'תרס"ג 1903, בגיל שלושים, חיבר רשימה אוטוביוגרפית לבקשת פרופ' יוסף קלוזנר.
בעקבות פרעות קישינב שהיו בסוף פסח של אותה שנה, כתב ביאליק שתיים מיצירותיו הידועות ביותר, שהיו גם הקשות והחריפות ביניהן: "עַל הַשְּׁחִיטָה" ו"בְּעִיר הַהֲרֵגָה". פואמה זו פורסמה לראשונה בעיתון "הזמן". בגלל דרישת הצנזור הרוסי קוצצו ממנה מספר שורות, ושמה שונה ל"משא נמירוב", כאילו הייתה אודות גזירות ת"ח-ת"ט.
פרסום הפואמה, שכללה תיאורי זוועה וביקורת נוקבת על החולשה וחוסר האונים של היהודים שהסתתרו והתפללו בעוד נשיהם ובנותיהם נאנסות, עורר הד גדול. היא נתפשה בציבור כקריאה לאימוץ ערכי גבורה וגבריות, ולצורך בארגון הגנה עצמית ועמידה נחושה מול הפורעים.
בשנת הפרעות הכיר ביאליק את הציירת אירה יאן, שהתגרשה מבעלה בשל הקשר עם המשורר. ביאליק היה אז נשוי ומיואש מכך שהוא ואשתו לא הצליחו להביא ילדים. היא הפכה בהשפעתו ממהפכנית סוציאליסטית לציונית, ועלתה עם בתה לארץ ישראל ב-1906. ביאליק חי בפחד מתמיד פן תתגלה פרשת האהבים ותעיב על שמו הטוב, וניתק את הקשר עמה זמן מה לאחר שעלתה לארץ. הקשר התגלה לציבור רק ב-1972.
בשנים הבאות חיבר ביאליק שירי אהבה בעברית כמו "הָעֵינַיִם הָרְעֵבוֹת", "הַלַּיְלָה אָרַבְתִּי", קוּמִי צְאִי (אֲחוֹתִי כַלָּה)", "רַק קַו-שֶׁמֶשׁ אֶחָד" ו"הַכְנִיסִינִי תַּחַת כְּנָפֵךְ".הוא יצר גם בשפת העם, ובין 1899 ל-1915 חיבר כתריסר שירים ביידיש.
ביאליק השתתף בשלושה קונגרסים ציוניים, הקונגרס השמיני ב-1907, הקונגרס ה-11 ב-1913 והקונגרס ה-17 ב-1931. ביאליק ביקר בארץ ישראל בפעם הראשונה (ביחד עם רבניצקי) בשנת 1909. הוא נחת בחוף יפו ב-29 במרץ. הוא התקבל בהערצה רבה על ידי היישוב היהודי הקטן בארץ. מיפו יצא לסיור במושבות ארץ ישראל. נלווה אליו לחלק מסיור זה הסופר הצעיר ש"י עגנון, שהתגורר ביפו. בכך החלה ידידותם, שנמשכה עד לפטירתו של ביאליק.
באותה עת כתב בין היתר את סיפורו "מאחורי הגדר" סיפור אהבה בין נער יהודי בשם נֹח (היפוך הצירוף ח"נ – חיים נחמן) לנערה גויה, המנכר את הגיבור ממשפחתו. סיפורים מרכזיים נוספים שלו הם "סָפִיחַ", "יום הששי הקצר" ו"החצוצרה נתביישה". בין השנים 1910 ל-1920, בנוסף לחיבורם של שירים חשובים כמו "מְגִלַּת הָאֵשׁ", ו"צָנַח לוֹ זַלְזַל", עסק ביאליק בייחוד בכתיבת מסות. הוא חיבר את "הלכה ואגדה" ו"גילוי וכיסוי בלשון", שהן מהחשובות ביותר במסות בספרות העברית החדשה.
ביאליק תרגם שורה של יצירות קלאסיות אירופיות לעברית, ביניהן, נוסח מקוצר ברוסית של יצירת המופת הספרדית "דון קישוט" מאת מיגל דה סרוואנטס, "יוליוס קיסר" מאת שייקספיר, "וילהלם טל" מאת שילר, ושירים של היינריך היינה. הוא תרגם מיידיש את "הדיבוק" לש. אנ-סקי. הקים יחד עם רבניצקי ושמריהו לוין את הוצאת "דביר", וערך עם רבניצקי את "ספר האגדה" (1908–1911). מאחורי העיסוק המוגבר במסות, והתרגום והליקוט של מעשיות זרות, ניצב משבר קשה בחייו של ביאליק. במקביל להפיכתו למשורר לאומי, הוא חש כי יבש מעיין יצירתו השירית. "צָנַח לוֹ זַלְזַל" שנכתב באלול תרע"א (1911) היווה מעין קינה מראש על האובדן הצפוי:
לאחר מכן, כמעט שלא הוסיף ביאליק לכתוב שירה. עד מותו בשנת 1934 כתב רק עוד תשעה שירים. ארבעה שירים נכתבו בתרע"ה-תרע"ו (1915–1916), שניים בתרפ"ג (1923) ושלושה בתרצ"א (1931).
בשנת 1918 ייסד באודסה עם רבניצקי ודרויאנוב את המאסף לזכרונות, אתנוגרפיה ופולקלור, "רשומות". המאסף שם לו למטרה לבטא את ההוויה והמסורת של כל תפוצות ישראל. עד 1921 התגורר ביאליק כמעט ללא הפסקה באודסה. באותה שנה, הוצאת "מוריה" נסגרה על ידי השלטון הקומוניסטי החדש. בעקבות התערבותו האישית של הסופר הרוסי מקסים גורקי, ובהוראתו המיוחדת של לנין, ניתנה לביאליק רשות לעזוב את ברית המועצות עם קבוצה של כמה סופרים יהודים.
בארץ ישראל.
בשנת 1921 הגיע ביאליק לברלין, שם עסק רבות בהוצאת ספרים בשפה העברית במסגרת הוצאות הספרים "מוריה" ו"דביר". בשנת 1922 עבר, בעצת רופאו, לעיר המרחצאות באד הומבורג, והתגורר בה כשנתיים. באותה תקופה הכיר את הציירת וסופרת הילדים תום זיידמן פרויד, אחייניתו של זיגמונד פרויד. הם הקימו ביחד את הוצאת "אופיר" לספרי ילדים בעברית, וביאליק תרגם את חרוזיה של פרויד בספר "מסע הדג" מ-1924. ההוצאה התפרקה עקב חילוקי דעות עם בעלה.
ב-1924 עלו ביאליק ורעייתו לארץ ישראל. כעבור שנה וחצי עברו להתגורר בבית בתל אביב, ואליהם הצטרפו חותניו. ביאליק ואשתו אמצו כלב לו קראו "קאפי".
בשבתו בתל אביב, תרם ביאליק להפיכתה למרכז התרבותי והספרותי של היישוב. בתחילת 1927 הנהיג את מסורת "עונג שבת" – מפגשי תרבות שנערכו מדי שבת אחר הצהריים, ובמסגרתם ניתנו הרצאות בקשת רחבה של נושאים ובהם ספרות, היסטוריה, יהדות והגות, על ידי טובי המרצים והמלומדים. ב-1929 הקים הנדבן שמואל בלום את בית "אוהל שם" כאכסניה למפגשי "עונג שבת".
ב-1928 פרסם את "אלוף בצלות ואלוף שום", מקאמה הומוריסטית לילדים שהומחזה מאז כמה פעמים. ב-1933, חגג היישוב את יום הולדתו השישים בטקסים ובאירועים, וכל תלמידי בתי הספר בתל אביב הוכרחו לנכוח ולחלוק לו כבוד. לרגל האירוע יצאה מהדורה מחודשת של כתביו וכן יצא הספר "שירים ופזמונות לילדים". זמן קצר לאחר מכן עבר לגור ברמת גן, והחל בהכנות לבנות שם את ביתו.
לאורך שבע שנותיו האחרונות סבל ביאליק מאבנים בכליות. ב-1934 נסע לווינה לצורך טיפול. הוא נפטר שם ב-4 ביולי (כ"א בתמוז תרצ"ד), עקב סיבוך בניתוח. מותו גרם לאבל כבד ביישוב. לאחר העברת גופתו לארץ ישראל, עברו על פני ארונו והשתתפו בהלווייתו כ-100,000 איש. הוא נטמן בבית הקברות טרומפלדור.
הערכת שירתו.