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1915年（民国4年）、袁世凱が皇帝即位を目論むようになると、王伯群は同じく貴州の進歩党員である戴戡とともにこれに反発する。そして梁啓超・蔡鍔らと天津で秘密裏に会談し、反袁挙兵の計画を実行する。同年12月、王伯群は蔡鍔とともに雲南へ脱出し、さらに雲南将軍唐継尭との謀議に参加した。こうして12月末に、蔡鍔・唐継尭・梁啓超らが護国軍を組織して反袁世凱の電報を発し、護国戦争が勃発する。さらに王伯群は、弟で貴州軍の有力指導者である王文華に、蜂起に消極的な貴州護軍使・劉顕世への圧力をかけさせ、後に劉も護国軍側に付かせた。その後も王伯群は護国軍の幹部の1人として、翌年6月の護国軍勝利まで指導的役割を果たしている。