Song sekaantui jo opiskeluaikanaan vallankumoukselliseen toimintaan, ja hän joutui vuonna 1904 pakenemaan Kiinasta Japaniin, jossa jatkoi opintojaan. Hän oli yksi johtavia henkilöitä vallankumousjärjestö Tongmenghuissa, jonka Sun Yat-sen perusti vuonna 1905 Tokiossa. Vuoden 1911 vallankumouksen jälkeen tasavallaksi muuttuneen Kiinan presidentiksi tuli kenraali Yuan Shikai, joka kutsui neljä Tongmenghuin johtajaa hallitukseensa. Yksi heistä oli Song, joka kuitenkin pian erosi hallituksesta, koska hän ei hyväksynyt Yuanin itsevaltaisia pyrkimyksiä.