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1885年5月26日，孫奉父命回鄉與同縣外壆村（今珠海市外沙村）盧慕貞成親。盧慕貞自幼纏足，盡心操持家務，照顧公婆和兒女。二人婚後生了一子二女，即長子孫科、長女孫娫與次女孫婉；由於孫終日在外奔波，所以和元配聚少離多。
在香港讀書時，楊鶴齡、孫、陳少白、尢列倡導者革命，時人稱為「四大寇」。「四大寇」，前排左起：楊、孫、陳、尢，後立者為關景良。1888年攝於香港華人西醫書院
孫選擇醫學：「以醫亦救人之術也。」1886年9月，孫持喜嘉理博士介紹信，進入由（美國）長老教會海外基督使團嘉約翰（John Kerr）博士主持之廣州博濟醫院附設醫科學校習醫（即南華醫學校，今中山醫科大學前身），開始鼓吹革命。10月，孫認識英國倫敦傳道會宣教師區鳳墀，區鳯墀為其改名逸仙。課餘，孫經常抒發熱愛中國之情懷和革新政治之抱負；並在同學中結交鄭士良等。
1887年10月1日，華人西醫書院教務長孟生醫生在香港大會堂宣佈該院成立。10月3日，孫在香港華人西醫書院（College of Medicine for Chinese, Hong Kong，即現今之香港大學醫學院）正式上課，第一課是康德黎醫生講授之解剖學。學堂隸屬於倫敦傳道會，由聞名香港之菁英代表何啟出資籌辦，該校教務長是蘇格蘭名醫康德黎。孫之老師、維新人士何啟曾留英學習醫學和法律，作《新政真詮》。孫與康德黎師生關係密切。孫在校共五年餘，勤奮學習；除正課外，廣泛閲讀「新學」書籍；在政治思想上受何啟等維新思潮影響。孫對達爾文之進化論發生興趣。在《孫文學說》第一章，可以看到孫在大學時代就潛心研究「知難行易」學說，為破除「知易行難」之陳腐有害觀念。孫時常審視懸在壁上之中國地圖，慨嘆「如此江山，付之非人」。1887年冬孫父達成公病篤，孫回鄉伺奉湯藥，孫眉聞訊亦自檀香山歸，兄弟芥蒂盡釋。
1888年3月24日，孫父達成公在翠亨村病逝，享年76歲，孫眉對孫加倍愛護備至，凡所需學費，均允源源供給。8月，孫在西醫書院第一學年期終考試中，名列全級第三名。1889年夏，孫在第二學年期終考試中，名列全級第一名。
1890年，孫以洪秀全自況：「勿敬朝廷」，自稱「革命言論之時代」。同年孫上書鄭藻如，主張仿效西方社會改革，建議禁煙及改良農業和教育等。孫課餘常往來廣州、澳門等，言論反清。12月30日，孫陪康德黎夫婦往廣州痲瘋村研究痲瘋病。
1891年3月27日，孫與40多名香港道濟會堂年輕教友組織教友少年會。夏，孫在第四學年期終考試中，名列全級第一名。孫同鄭觀應商討「改革時政」，鄭在《盛世危言》中稱道過「吾邑孫翠溪西醫」。孫又結識招商局職員、後來「輔仁文社」社長楊衢雲，不斷交流愛國圖強見解。孫課餘曾撰文鼓吹政治改革，投稿於香港、上海報刊。
1892年春，孫設計新居，用孫眉滙款在翠亨興建。7月，孫以首屆成績第一名畢業於西醫書院。孫成績優異，獲得開業執照。9月22日，在恩師康德黎醫生帶領下，與同期畢業之江英華同赴廣州。9月23日，英國駐廣州領事引見兩廣總督李瀚章，李命填寫三代履歷，孫拂袖而去。9月24日，在恩師康德黎醫生帶領下，孫與江英華同方香港。秋，孫在澳門鏡湖醫院當醫師。12月18日，與澳門鏡湖醫院簽訂〈揭本生息贈藥單〉，貸款2,000銀元開設中西藥局。由於醫術高明，態度認真，頗受歡迎，「聲名鵲起」。
1893年春，遷設藥局於廣州，改名東西藥局，藉醫術掩護革命。孫對貧苦患者施醫贈藥。因受澳門葡籍醫生排擠，轉赴廣州行醫。孫常與陸皓東、鄭士良、陳少白等議籌組革命團體。7月，孫在澳門議事亭前地十六A號開設「孫醫館」。7月29日，其澳門中西藥局開業。孫行醫於澳門、廣州。
孫用口號「天命無常」，宣傳反對忠君：「暴君肆虐，罪惡滔天。信任奸邪，濫施淫毒，應天順人，除彼獨夫。凡我同胞，毋稍瞻顧！」據-{云}-「（孫）先生在港曾接納三點會首領，並親自切實調查其實力，約定時間在茶樓飲茶，先生入時，凡起立者即會員。先生如約前往，至十餘處，每處茶客起立者百數十人，喜出望外。實則其頭目事先邀集工人充數，為一騙局」。
1894年1月，孫藉廣州城外南關之聖教書樓懸壺、西關之冼基設東西藥局。同月，孫在翠亨村寫就〈上李鴻章書〉，主張「富強之大經，治國之大本」在於「人能盡其才，地能盡其利，物能盡其用，貨能暢其流」。並決定親赴天津面呈給直隸總督李鴻章。不久，孫偕陸皓東前赴上海。2月15日，廣州《中西日報》東西藥局廣告：「……大醫生孫君逸仙……舊歲底因事返澳度年，今已由澳回省。」
1894年6月1日，前澳門海防同知魏恆致盛宙懷函，說明孫求見。6月中，棄醫，偕陸皓東至天津上書李鴻章。孫拿魏恆之信，啟程前往上海，並與上海電報局領班生陸皓東結伴同行。6月13日，盛宙懷鑒於魏恆情面而接見孫，並致函其堂兄盛宣懷。在得到盛宙懷推薦信後，孫在上海巧遇鄭觀應，結果鄭觀應也為孫謁見李鴻章之事寫推薦信。王韜有一朋友在李鴻章幕下當文案，王韜就寫信介紹孫到天津，孫就到天津去見文案；軍書旁午，文案把孫大文章送到李鴻章，不知是否見過，後來李鴻章說打仗完以後再見，孫知道沒有辦法，回到上海。孫上書李鴻章，主張仿效西方，發展工農業，改革教育和選拔人才。提出革新政治主張，被拒絕。未被李鴻章接見，僅獲取「農學會籌款護照」。旋遊歷北京、武漢，觀察形勢。7月25日，甲午中日戰爭爆發。李鴻章拒絕與孫面談，請願書後來刊載於在1894年9、10月號之上海《萬國公報》。孫和陸皓東離開天津，在香港短暫逗留後，孫於夏末乘船前往夏威夷。10月，孫自上海經日本赴檀香山，在華僑中宣傳革命。
1894年11月24日，孫在檀香山成立中國有史以來第一個現代革命團體興中會。提出「振興中華」口號和「驅除韃虜，恢復中國，創立合眾政府」政綱。
1896年孫中山攝于舊金山
1895年1月，孫與鄧蔭南等同志返回香港籌謀革命，與陸皓東、鄭士良、陳少白等計議擴大興中會。
2月21日，孫糾集故交與同窗，在香港成立興中會總機關，並修訂《興中會章程》；旋又偕同陸皓東、鄭士良等到廣州建立興中會分會，積極準備武裝起義。在香港中環士丹頓街13號成立興中會，以「乾亨行」做掩護。「乾亨」名號是黃詠商所訂，黃父名勝，任香港議政局議員，與大律師何啟有戚誼，何介紹黃與孫相識，黃由是入會。同日香港興中會與香港輔仁文社合併，仍稱興中會，會長（總辦）一職未決。1892年3月13日，香港輔仁文社成立，舉楊衢雲為會長，謝纘泰為秘書；孫在領導權之爭上面臨楊衢雲挑戰，楊之抱負和自信與孫旗鼓相當。
3月，孫與楊衢雲等在香港聚議，策劃廣州發難事宜。3月1日，孫拜會日本駐香港領事中川恆次郎，請其援助起義，未果。3月16日，首次幹部會議決定先攻取廣州，並採用陸皓東設計之青天白日旗為起義軍旗。孫從事革命之秋，教會懼其波及，宣言把孫驅逐出堂。3月18日，《德臣西報》發表社論，指出革命黨準備成立君主立憲。5月30日，謝纘泰在英文《德臣西報》致光緒皇帝公開信，促請憲政改革。8月下旬，孫制定武裝起義方案。
新組織「會長」人事案，延宕直至10月10日，是日孫、楊和其各人馬對峙，劍拔弩張，經過妥協，「會長」職位給楊衢雲，孫則獲得廣州起義現場指揮權。興中會選舉會長（稱總辦，時稱「伯理璽天德」，音譯自英文「」），楊衢雲志在必得，孫退讓，楊當選。
孫利用官方許可，在10月初設立「農學會」。10月初，香港警方獲線報，謂有三合會份子招募壯勇赴廣州。朱貴全偕兄朱某及邱四聲言招募壯勇，每名月給糧銀10元。朱貴全之兄招得400苦力，自己先行他往，壯勇由朱貴全帶領。孫於汕頭及西江沿岸募集兩軍，同時向廣州進逼。兩軍期於1895年10月某日，一由西南，一由東北，同時向廣州進發。10月25日，朱湘假其弟朱淇之名向緝捕委員李家焯自首；革命黨人原定當天從香港乘夜輪去廣州，因募勇不足，未能成行。是為孫在廣州所發動的第一次武裝起義。
起義因泄密而流產後，孫經澳門轉香港逃亡日本。11月，孫改裝偕陳少白等赴日本，旋組織興中會分會於橫濱。孫與陳少白、鄭士良同坐「廣島丸」於11月2日由香港出發駛往日本。11月7日，陸皓東等為首多數成員被捕處刑，孫則受到通緝。11月12日，孫在神戶上岸，隨行遇有鄭士良與陳少白。翌日當地報紙新聞標題：「支那革命黨首領孫逸仙到達日本」。孫向陳、鄭稱《易經》謂「湯武革命，順乎天而應乎人」，故「但言革命，勿言造反」。11月中旬，孫在橫濱建立興中會分會。12月中旬，孫斷髮改裝。孫蟄伏日本，徹底改變外型：剪掉辮子、不再薙髮，脫下中式長袍換穿歐式西服。香港是指揮和策劃中心，又是經費籌集與轉匯中心、軍火購製與轉運中心，海內外革命同志聯絡與招募中心，也是每次起義失敗後革命黨人避難場所。孫動員秘密會黨，並重新利用興中會以及香港的革命根據地。孫把陳少白留在東京，派鄭士良返回香港。12月中旬，孫赴檀香山。
1896年1月，孫眉安排寡母，連同孫妻小四人，前往他居住之茂宜島，就近照料他們生活。孫與母親、長子孫科以及一雙女兒重逢。春，孫在檀香山《檀香新報》館內設據點以聯絡同志，並組織興中會會員軍事操練和募集經費。3月4日，香港政府認為孫在港從事反清活動，威脅香港安定和秩序，於是簽發驅遂令，禁止孫氏5年內踏足香港境內。6月至9月，孫從檀香山到美國，向華僑宣傳革命，在舊金山設立興中會分會。香港政府下令驅逐孫、楊衢雲、陳少白出境，5年內禁止在香港居留。9月下旬，孫赴英國。
===倫敦蒙難、完成三民主義體系===
孫中山逃亡於英國倫敦期間的住處，今為紀念，設有孫的浮雕像
1896年10月31日，英國The Graphic報導孫中山獲釋
孫收到昔日恩師康德黎邀請，於1896年9月30日抵達倫敦。清駐英公使龔照瑗即派英籍參贊馬凱尼向英國政府交涉逮捕、引渡，並僱偵探監視。10月1日早，孫就離開旅社，前往波蘭區覃文省街46號，晤見康氏伉儷。10月11日，孫被滿清駐英國公使龔照瑗誘捕。行動計畫是逮捕孫，將他秘密遣送回國，接受法律制裁。孫得機會說服公使館內一名英國僕人柯爾，將自己比作遭土耳其人迫害的亞美尼亞基督徒，稱中國皇帝也要殺中國基督徒，孫給柯爾20英鎊現金，並允諾事後再給他1,000英鎊，從而獲得其協助，將便條交給康德黎，上頭寫著：「予於前星期日，被二華人始則施以誘騙，繼則復驟加強暴，將予幽禁於中國使館中。一、二日後，使館將特僱一船，解予回國，回國後必被斬首，奈何？」康德黎即同前西醫書院教師孟生：向警署和外交部報案；通過報紙揭露清使館行徑；雇偵探監視清使館。披露真相後，社會輿論強烈譴責清使館。10月22日，《環球報》（The Globe）登載康德黎長篇訪問特刊，清使館恢復孫自由，當天下午康德黎陪孫走出使館，向聲援者表示感謝，後又向公眾講述真相。英國外交部指公法上清使館行為超出外交特權，正式照會要求釋放孫。孫12天始脫險，撰《倫敦蒙難記》。孫向報紙投稿，召開多次記者會，接受多次訪問，並嬴得並遍支持。11月，孫在倫敦應英國劍橋大學漢學家翟理斯邀請，撰寫自傳。冬，孫為揭露綁架事件真相，開始寫《倫敦蒙難記》。同時，孫還將英國柯士賓所著《赤十字會救傷第一法》譯為漢文。康德黎稱贊孫：「他不歇地工作，閲讀有關政治、外交、法律、軍事、海軍的書籍；礦產與礦業、農業、畜牧、工程、政治經濟等類，占據了他的注意，而且細心地和耐心地研究。」
1897年1月至7月，孫居倫敦，經常到大英博物館圖書館讀書，認真觀察英國社會政治、經濟狀況。孫研究並考察歐洲政治。孫民生主義觀念由此形成，三民主義思想體系得具雛形。2月，在倫敦《雙周論壇》發表《中國的現在和未來》一文，揭露清政府的專制主義苛政，主張對中國根本革命改造。
1897年7月1日，孫自倫敦經加拿大，8月16日抵達日本橫濱，旋創中西學校。日本民黨領袖犬養毅遣宮崎寅藏、平山周迎接孫。更因犬養毅之介紹，廣交日本朝野賢豪。被納入犬養毅羽翼後，孫定居東京，由宮崎寅藏、平山周為伴，身分為宮崎和平山中文教師。8月至9月，在同宮崎寅藏談話中，孫認為「人民自治為政治之根則，故於政治之精神，執共和主義」。透過他們，孫再結識頭山滿、進步黨黨魁大隈重信、黑龍會山田良政等人。11月，孫在日本與宮崎寅藏筆談記錄，孫曾有「僕常持一都四京（五大鎮）之說：武漢（都）、西京（重慶）、東京（江寧）、廣州（南京）、順天（北京）」。12月，命陳少白成立興中會分會於臺北。
1897年8月16日，孫從英國取道加拿大到達日本橫濱，橫濱華僑溫炳臣有一名15歲女僕淺田春，曾上小學、中學，又上私立英文學校。快要畢業時，父親突然去世，被迫出來做工，成為溫炳臣小女傭。孫到來後，溫炳臣讓她照顧孫。日本當局也讓她隨時報告孫之行止，1901年以患病為由，回到靜岡老家。
1898年興中會會長楊衢雲等人於日本的合照。前排左起︰安永東之助、楊衢雲、平山周、末永節、內田良平；後排左起︰可兒長一、小山雄太郎、宮崎寅藏、孫（秘書）、清藤幸七郎、大原義剛。
楊衢雲輾轉往來於東南亞、南非後，於1898年春天前往東京與孫會合。1898年春，孫來往於日本東京、長崎、神戶、馬關等地吸收華僑入興中會。夏，孫一度移居橫濱，在東京會晤菲律賓起義軍代表，積極支持菲律賓人民民族解放鬥爭。秋冬，與戊戌變法失敗後亡命日本之梁啟超多次商談聯合反清，未獲結果。清對孫招納，駐日公使李盛鐸許以「高位」，駐美公使伍廷芳通過孫眉誘導，廣東則由劉學詢勸説。冬，孫斷然拒絕清政府各種渠道之誘降。
1899年春夏，孫在東京、橫濱和長崎等地聯絡和策動，準備再次在廣東、湖南、湖北地區武裝起義。6月至7月，孫在橫濱同章太炎訂交。7月，孫為菲律賓起義軍購運軍械，租用日輪運抵菲律賓。夏秋間，孫再與梁啟超等在橫濱會談聯合反清，仍無結果。10月11日，興中會、洪門、哥老會首領在香港成立興漢會，公推孫為總會長。為「喚起國民及不為康梁所惑」，孫宣傳反清革命主張與留學生和華僑。秋，孫派陳少白赴香港籌創辦《中國日報》，於翌年1月出版；孫又命鄭士良等在香港設立聯絡會黨之機關，與廣東三合會取得密切聯繫。報紙經費由日本人提供，報紙開辦之初，先是得到何啟大力襄助，爾後香港富商之子李紀堂做靠山。11月，合興中會、三合會、哥老會為興漢會。冬，孫繪制《支那現勢地圖》付印，圖中對「已割之巖疆，已分之鐵路」均以「著色表明」，以便「覽者觸目驚心」。
革命時期的孫，攝于1900年8月
孫一面重啟香港之革命根據地，一面聯絡並擴大秘密會黨之人脈。孫將網絡拓展工作部分託付給日籍顧問和同志，部分託付給湖南改革派畢永年。陳少白邀請廣東三合會一位大老黃福赴香港，他在陳少白接受「白扇」頭銜之儀式中擔任主持。1899年11月李鴻章接任兩廣總督，想北京混亂失序之際另起一個獨立政府。
1900年1月，孫為菲律賓起義軍購妥第二批軍械。在義和團運動浪潮下，英國竭力保全既得利益，主導「東南互保」，推動李鴻章「自主」；香港總督卜力參與其事，何啟與陳少白會商由興中會協助李鴻章組建「自主」政府事宜；孫抓緊武裝起義之布置，又不放棄「自主」活動。孫計畫兩廣獨立，以孫就讀醫學校時老師、香港總督卜力為中心，加上廣東富商劉學詢及兩廣總督李鴻章。6月，孫先後過香港（未能入境）前往西貢、新加坡等地，積極策劃武裝起義；同時，派宮崎寅藏等赴廣州，準備同李鴻章商談合作問題，希圖策動兩廣總督在華南「自主」；後因李鴻章奉詔北上，未獲結果。在劉學詢召喚下，孫於6月8日搭船啟程，隨行者還有日本顧問，日本顧問抵達香港後便開始替孫行事，與劉學詢協商，可是不久後李鴻章決定放棄分離主義念頭，奉朝廷之命回北京協調庚子條約，於7月17日趕赴上海。孫主動求見法國駐越北大使哈爾蒙德（Jules Harmond），6月21日孫抵達西貢，攜帶哈爾蒙德大使給法屬印度支那總督韜美（Paul Dourmer）之信。
1900年7月，孫偕宮崎寅藏等離開香港赴日本，尋求起義後援；8月下旬，孫從日本秘密赴上海，旋返日本。9月，孫由日本抵達臺灣，在臺北建立起義指揮中心。孫會見臺灣總督兒玉源太郎，謀求武器援助。
1900年冬，孫與起義失敗的自立軍骨干人物在日本東京合影（左起︰尢列、唐才質、孫、秦力山、沈翔云）
1901年1月下旬，孫在橫濱為清政府刺殺之楊衢雲開追悼會；春，孫贊助留日廣東籍學生鄭貫一、馮自由等組織廣東獨立協會；6月，秦力山等在東京創辦《國民報》月刊，為中國留學生革命報刊先聲，孫捐助出版費1,000元。
1902年，宮崎滔天出版孫自傳《三十三年落花夢》，1903年中文譯本問世。孫在日本和章太炎談論時又曾涉及革命發難以及成功後建都地點，孫以為「謀本部，則武昌；謀藩服，則西安；謀大洲，則伊犂。視其規模遠近而已」，孫並且說明：「定鼎者，南方誠莫武昌若。尚濱海之建都者，必遏遠武昌。夫武昌揚靈於大江，東趨賓山（江蘇省），四日而極，足以轉輸矣，外鑑諸鄰國，柏林無海，江戶則曰海堧爾；內海雖咸，亦猶大江也……江沔之在上游，其通達等是矣，何必傅海！夫北望襄樊以鎮撫河雒。鐵道既佈，而行理及於長城，其斥候至窮朔者，金陵之絀，武昌之贏也」。
1903年春，孫化名杜嘉偌，在越南、暹羅等地活動革命。夏，孫與15歲的大月薰訂立婚約，並應孫要求，轉到公立英和女子學校讀書。7月下旬，孫返抵橫濱。7月，兩人舉行婚禮，1905年8月大月熏懷上孫孩子。8月，為訓練遭日本軍事機構排除之中國學生，孫在日本青山練兵場附近創辦革命軍事學校。青山軍事學校運作不超過4個月，吸收約15名粵籍學員。入學誓詞為「驅除韃虜，恢復中華，創立民國，平均地權。」
1903年9月，孫會見留日學生廖仲愷、何香凝和馬君武等，暢論革命救國道理和方法，並希望他們在留學生中物色志士，「結為團體，以任國事」；孫撰《支那保全分割合論》一文，刊於東京出版《江蘇》雜誌，批判日本政客稱「保全」清朝政府和「分割」中國領土的謬論，強調「支那民族有統一之形，無分割之勢」。9月26日，為「掃除保皇邪説」和「規復革命組織」，離開日本赴檀香山。在希爐宣傳鼓動，駁斥保皇派反動謬論，重建革命組織，命名為「中華革命軍」。為求工作方便，孫揚棄先前立場，加入三合會。12月，孫由希爐返火奴魯魯，多次演説抨擊保皇派；孫又改組《檀香新報》為革命宣傳陣地，親撰《敬告同鄉書》等文，揭露保皇派「假革命」、「真保皇」。
1904年1月11日，孫決定在檀香山加入洪門致公堂。孫並接受「洪棍」（元帥）職務；孫在《檀山新報》發表《駁保皇派》一文，批判保皇派宣揚革命可招瓜分、中國當前只能實行君主立憲等。為規避《排華法案》，孫預先取得偽造文件。取得該證時親友們做出了孫在夏威夷出生的證詞。3月4日，孫親到夏威夷司法巡迴處宣誓說自己是在夏威夷出生。3月14日，孫憑著誓詞，拿到出生證明：「他自己的宣誓以及證人所提供的證據，顯示他是在紀元後1870年11月24日出生於夏威夷島。」孫再據此領到夏威夷總督頒發之美國島居人民所持護照，然後才加入洪門；洪門為他「特別開臺戲」，「由主盟員某大佬封總理為洪棍。洪門軍職，例分洪棍、紙扇、草鞋三級。洪棍，即元帥之別名也」。3月31日，孫帶著地方堂口給三藩市三合會之介紹信，啟程前往美國。
孫在美國移民及歸化局的檔案照
1904年4月6日，孫從檀香山抵達舊金山，為阻止孫入境，保皇黨已聞訊而促請清朝駐該市總領事轉告美國海關：指控孫所持乃假護照。同日，孫上岸後，被美國官員扣留並審問，他寫下《自述證言》。1904年之《自述證言》原件現藏于位于加州舊金山的美國國家檔案局，目前僅廣州孫中山大元帥府紀念館有復制件，中稱：自己于1870年出生在。在美國政府的幫助下，孫以宣誓方式取得夏威夷出生紙。
1904年4月，孫被拘留在碼頭木屋，等候原船下一次到達舊金山時，撥回檀島；孫忽睹被禁鄉人中所閱《中西日報》有「伍盤照」之名字，乃草一函，求賣報西童帶往。華裔報人伍盤照得悉孫乃洪門中人，即轉求舊金山致公堂幫助，該堂為全美各地洪門分堂之總部，總部大佬黃三德等人與伍盤照同訪致公堂顧問律師，由其向移民局聲明即向首都華盛頓上訴，並把致公堂某物業向保單公司具保500元，擔保孫外出候判。最後孫被批準入境。孫改組《大同日報》，與保皇派論戰。
1904年5月至9月，孫為美洲致公堂重訂章程要義，注入民主革命的精神；稍後孫偕洪門首領黃三德赴美國各地，對會眾宣傳革命，實行注冊。6月，孫動身巡迴全美十多個城市。9月底，孫抵達紐約。10月，孫在紐約報刊上發表《中國問題之真解決》，稱清帝國如「一座即將倒塌的房屋」，「全國革命的時機現已成熟」。不過，當時在香港有《中國日報》，在夏威夷有《檀山新報》，在舊金山有《大同日報》，最後在新加坡有《圖南日報》。12月，孫抵布魯塞爾，同中國留比學生就革命方略等問題反覆討論，並建立革團體；孫旋赴倫敦。
1905年2月，孫抵達巴黎。春，孫在倫敦會晤嚴復，堅持民主革命的道路，反對改革中國應從教育著手。春至夏，孫自英國赴德國、法國，在留學生中宣傳革命，並於柏林、巴黎組織革命團體；孫到布魯塞爾訪問第二國際書記處，闡明革命主張，對社會主義誠摯同情，稱今後將「採用歐洲的生產方式，使用機器，但要避免其種種弊端」。
1905年的孫中山
1905年8月20日，中國革命同盟會成立
孫反覆對革命黨人稱：「現今之主義，總以互相聯絡為必要。」1905年7月，孫自法國抵達日本。7月19日，孫抵日本橫濱，當即由宮崎寅藏和楊度等人介紹認識了黃興，並開始籌劃聯合各革命組織。孫同黃興、宋教仁等會晤，建議聯合起來，共同戰鬥，黃興贊同。
1905年7月30日，孫邀約各省留學生及華僑70餘人，有來自興中會、華興會、光復會、科學補習所，在東京召開中國同盟會籌備會議，討論建立統一革命組織。孫在日本極端民族主義之黑龍會總部舉行大型會議，會中決議奉孫為領導。會議決定組建中國同盟會。8月20日，中國同盟會在東京召開正式成立大會。
1905年8月13日，孫出席東京留學生舉行之歡迎大會並作長篇演説，號召摒棄保皇派反對革命之説，以革命推翻滿清建立民主共和國。孫演說會場是東京富士見樓（麴町區飯田河岸），會場能容納千人。大會由宋教仁主持，有逾700名學生雲集在大廳內，還有許多學生不得其門而入，簇擁在門外，聆聽孫首度在東京公開發表演說。屆時爆滿，後來者猶絡繹不絕，門外擁擠不通；警吏令封門，諸人在外不得入，甚為喧嘩；又開門聽其進場。
1905年9月，孫委馮自由、李自重赴香港、澳門和廣州聯絡同志，接受會員；10月，孫赴越南籌募經費，在西貢建立中國同盟會分會；12月，孫建立廣東募債總局，向南洋僑商募集革命經費。10月，中國同盟會會員發動萍醴之役失敗。
1906年，孫中山與中國同盟會新加坡分會部分會員等合照。（前排左起：1林干廷、2張永福、3陳楚楠、4孫中山、5尢列、6劉金聲、7林義順；后排左起：1吳悟叟、2張華丹、3張繼、4陳汝河、5鄧子瑜、6黃耀廷、7張秉庚）
1906年2月，孫自西貢抵達新加坡，建立同盟會分會。4月，孫出席同盟會在新加坡成立分會。3月至6月，孫先赴歐洲，旋經南洋到日本，再到南洋。孫曾往馬賽、巴黎。7月至9月，孫自吉隆坡抵達芙蓉，與當地華僑座談，揭露清政府假立憲；旋赴檳榔嶼建立中國同盟會分會，後又至新加坡、西貢、日本。秋至冬，孫與黃興、章太炎等制定《革命方略》，包括《軍政府宣言》、《對外宣言》等8個文件，係備各地革命黨人起義時頒用；《軍政府宣言》是綱領文件，闡發中國同盟會政綱。12月，孫在東京舉行《民報》周年慶祝大會，系統闡述三民主義思想，主張制定「五權分立」憲法；孫分派中國同盟會會員前往江蘇省、安徽省、湖南省、廣東省、江西省等，策應萍瀏醴起義。
1907年1月，孫在東京會晤宋教仁、胡漢民等，商討如何對待梁啟超提出之休戰——《民報》與《新民叢報》「不互相攻擊」，反「可以許其調和」，決心繼續論戰。2月，要做為同盟會象徵旗幟設計，孫滿意青天白日旗，黃興則想要有中國古風、象徵平均地權政策之「井」字旗。孫與黃爭執，孫稱：「僕在南洋，托命于是旗者數萬人，欲毀之，先擯僕可也。」一個月後，日本當局受滿清政府施壓，決定驅逐孫離境。為表達善意，日方除發布驅逐令之外，還以外交辭令表達歉意，並饋贈孫大筆款項。3月，孫從日本抵達越南，在河內設置領導廣東、廣西、雲南地區武裝起義總機關；孫又在河內、海防、南圻建立中國同盟會分會，並向旅越華僑募集起義經費。孫謊報金額，章太炎與宋教仁譴責，認為孫被日本政府收買；章撤掉掛在《民報》社的孫照片，要求孫辭去中國同盟會總理一職。4月，孫派胡漢民赴香港策應潮、惠、欽、廉起義。5月，孫派黃興、胡毅生分赴郭人漳、趙聲部，爭取新軍反正。5月下旬至6月上旬潮州黃岡起義和惠州七女湖之役，不久失敗。9月1日，孫命王和順於欽州王光山起義，防城起義爆發，因補給困難退入十萬大山，失敗。9月至10月，孫派中國同盟會會員赴海防、西貢、新加坡、暹羅、檳榔嶼、吉隆坡等地籌集革命經費。10月，孫私自委託宮崎滔天在東京幫他做財務處理，洽商購買軍火，形式上把同盟會其他領袖排除在軍事機密外。12月2日廣西鎮南關之役，孫偕黃興等親赴陣地參戰。
1907年冬，孫中山與黃興等人在越南河內合影
1908年3月，孫離開河內，經西貢赴新加坡籌款。3月27日，孫指示黃興在欽州馬篤山再次發難，個多月終因彈盡失敗。4月，孫派人赴仰光建立中國同盟會分會，年底分會遍及緬甸各埠。4月30日雲南河口之役，孫電令黃興督師，堅持20餘天。秋，孫在新加坡設立同盟會南洋支部。9月至10月，孫在新加坡《中興日報》發表文章批判保皇黨。10月，《民報》遭日本發出禁令。10月至11月，孫偕胡漢民等巡視南洋各埠。陶成章在1912年被陳其美命令部下蔣介石暗殺。
1911年1月，孫委黃興籌備廣州起義，統籌部下設8課。4月8日，溫生才暗殺廣州副都統孚琦。4月27日（農曆三月二十九日），趙聲、黃興等人領導廣州黃花崗起義。
中華民國軍政府在「紅樓」前合影
由於會黨組織形式落後，特別是成員缺乏革命意識和組織紀律，所以常「一哄而起」，然後「一哄而散」；孫等人總結經驗，得知「革命起義，不可專恃會黨。今宜採取入虎穴得虎子之法，取得新軍，始可成事」；從1908年起，孫開始注重運動新軍。1911年8月，「中部同盟會」在上海成立。武昌起義前夕，湖北革命團體一同集結在文學社（湖北新軍革命團體）與共進會旗幟下，文學社多招募自駐紮武昌之新軍軍官和士兵，共進會則是同盟會異議組織地方分支。武昌起義是湖北新軍中受到孫與民主主義思想影響之士兵和下級軍官發動，湖北文學社和共進社領導人大都是中國同盟會會員。10月10日（農曆八月十九日）武昌起義，武昌駐軍亂起，找上守備統領黎元洪出任湖北軍政府都督。經過一夜血戰，終於在第二天早晨攻佔總督衙門，革命軍於是佔領武昌。熊秉坤稱：「孫先生乃革命創始者，黨人遍布全國，雖間有名目殊異，而尊崇孫先生則一也。」
辛亥革命發生之際孫正在美國進行演說募款之旅，美國時間10月9日下榻猶他州小鎮奧格登的Hotel Marion。10月10日下榻丹佛（或譯典華）的布朗皇宮飯店(Brown Palace Hotel)，該飯店並存有孫當時的入住記錄。
起義後幾週之間，革命席捲華中、華南，各省紛紛宣布脫離中央。自武昌起義後，袁世凱被迫回籍養病，清廷命陸軍大臣蔭昌率軍南下平亂，但其所率之軍多為袁世凱所訓練，不受節制，清廷至此不得已再起用袁為內閣總理大臣，節制諸軍。
孫10月20日抵達倫敦，先與康德黎夫婦敍舊。11月11日，孫抵倫敦，就武昌起義成功接受《濱海雜誌》採訪，至11月20日離開。據統計，自1894年到1911年之間發動革命起義事件，計有29次之多。
1909年1月，孫在南洋各埠籌款。5月至10月，由於活動困難，孫赴歐洲，到法國、比利時和英國宣傳籌款。5月，孫自新加坡赴馬賽轉巴黎，在巴黎住了一個多月。7月，孫抵布魯塞爾，馬君武前往迎接。8月，孫自布魯塞爾抵達英國倫敦。10月，香港成立同盟會南方支部，孫著手籌劃廣州起義。10月下旬，孫致函同盟會會員王子匡等，解釋陶成章、章太炎之攻擊，指其危及「革命前途」。11月，章炳麟猛烈反擊偽《民報》，呼籲海外華人不要捐資給孫；陶成章譴責乾綱獨斷，再度要求同盟會開除孫。11月至12月，孫自英國抵美國，向紐約、波士頓等地華僑籌款。同年，美國務卿盧特（Elihu Root）以孫「非但沒有盡美國公民的義務，反而全力投入中國政治，尤有甚者，他是鼓動反政府的領袖，而本政府與彼政府有友好關係」為由，取締孫之美籍身份。
1910年1月至2月，孫由紐約經芝加哥抵達舊金山，建立10多個同盟會分會。3月，孫建立「美洲三藩市中國同盟會總會」（通稱「美洲同盟總會」），建議改組《美洲少年》周刊為《少年中國晨報》作機關報。同月，孫抵檀香山，改組興中會為中國同盟會檀香山分會。6月，孫秘密潛入日本，會晤黃興、趙聲等。7月，孫抵達新加坡；8月至10月，孫在檳榔嶼指導整頓南洋同盟會組織，準備起義。11月13日，孫在檳榔嶼主持秘密會議，「鼓其勇氣，乘此良機，重謀大舉」；11月中下旬，孫派趙聲往香港聯絡廣州新軍；12月，孫再赴歐美籌款。
1911年4月，孫中山在加拿大卡爾加里與洪門致公堂部分執事合影
1911年1月至2月，孫經歐洲到美洲，在紐約、舊金山和溫哥華等地籌款。2月，孫在加拿大溫哥華設立「洪門籌餉局」為革命籌款。3月中旬，孫往美國東部，沿途在加拿大籌款。5月3日，孫在美國芝加哥召集會議，商討起義善後及再圖大舉等問題。6月，孫在舊金山聯合美洲同盟會和致公堂。7月，孫到美國委陌林埠。武昌起義時，孫中山人在美國進行募款活動而不在中國。10月12日，孫決定「先從外交方面致力，俟此問題解決而後回國」。10月20日，孫經聖路易、芝加哥抵達紐約，擬由黃興統率湖北革命軍，由胡漢民、朱執信等策劃廣東反正；又向美國朝野介紹中國革命宗旨，希望得到同情支持。10月下旬，孫抵達倫敦，經美國人咸馬里介紹，與英、法、德、美四國銀行團主任會談，商討停止借款清政府及貸款給革命政府，不獲結果。11月10日，在國外得悉「武昌已經為革命軍佔領」消息後，孫抵倫敦開展外交活動。孫在倫敦草擬《告世界書》。11月中旬，孫抵達巴黎，會見法國總理克里孟梭、外交部長畢恭和議員。11月23日，孫會晤東方滙理銀行總裁西蒙（Stabislas Simon）。11月下旬，孫由法國乘船回中國，行前電集會上海討論中央政府組成之各省代表，稱「但求早鞏固國基」，可推舉黎元洪或袁世凱任總統，「此後社會當以工商實業為競點」。
孫中山當選臨時大總統就職照片
1911年，袁世凱率領大軍入北京組閣，並迫載澧退歸藩邸，繼又迫載濤交出禁衛軍，清室軍政大權盡握袁手中，袁立命馮國璋全力攻漢陽。
12月14日，各省諮議局代表雲集南京，共計44人，分別代表17個省分。12月21日，孫過香港，晤胡漢民、廖仲愷，拒絕留在廣東，堅持赴上海、南京，因「滬寧在前方」而「今之大患在無政府」。12月25日，孫抵達上海，黃興等歡迎，答中外記者稱：「予不名一錢也，所帶回者革命之精神耳！革命之目的不達，無和議之可言也」；在上海寓所主張總統制，認為處此「非常時代」，不願「居於神聖贅瘤」，無所作為，「以誤革命之大計」。孫與《大陸報》主筆談話稱：「革命不在金錢，而全在熱心。」孫向英國政府要求三事：「一、止絕清廷一切借款；二、制止日本援助清廷；三、取消各處英屬政府之放逐令，以便予取道回國。三事皆得英政府允許。」12月26日，孫與黃興等在寶昌路408號（今淮海中路650弄3號）行館召開中國同盟會最高幹部會議，商討組織臨時政府方案。在南北和談進行之際，12月29日，同盟會連夜赴南京召集代表開會，提出成立政府，孫被奉天、直隸、河南、山東、山西、陝西、江蘇、安徽、江西、福建、廣東、廣西、湖南、湖北、四川、雲南代表選舉為首任臨時大總統，以16票當選。12月下旬，孫以臨時大總統名義告同胞書：「再接再厲，全始全終」。12月30日，孫在上海召開中國同盟會本部臨時會議，改訂中國同盟會暫行章程，宣言革命黨人「當臨時政府組織之際」，當成「堅固不破之群」，駁斥「革命軍起，革命黨消」，稱革命黨人「必完全貫徹此三大主義而無遺」；孫決定赴南京就職，不顧「北方將派大軍渡江」之流言。
File:上海革命軍在閘北凈土庵開設兵站，招募新兵.jpg|thumb|1911年底，上海革命軍在閘北凈土庵開設兵站，招募新兵
File:Xinhai Revolution in Shanghai.jpg|thumb|1912年元旦，上海街頭懸掛著當時中華民國國旗「五色旗」
File:Flag_of_the_Republic_of_China_1912-1928.svg|thumb|1912年1月10日，中華民國臨時參議院在南京通過「五色旗」為中華民國國旗
File:Flag of the Republic of China.svg|thumb|1912年1月10日，中華民國臨時參議院在南京通過「青天白日滿地紅旗」為海軍軍旗
1912年1月1日（辛亥年十一月十三日），孫由上海抵達南京，晚上10時，在南京總統府舉行中華民國臨時大總統就職典禮。孫宣誓就任。
孫《臨時大總統就職宣言》和《告全國同胞書》，宣告中華民國成立；《宣言》規定臨時政府：「盡掃專制之流毒，確定共和，普利民生，以達革命之宗旨」，對內「民族之統一」、「領土之統一」、「軍政之統一」、「內政之統一」、「財政之統一」，對外消除「辱國之舉措」、「排外之心理」，主張「和平主義」。
南京臨時政府定用陽曆，及用五色旗為國旗。1912年1月2日，孫通電各省改用陽曆，並以1月1日為民國建元之始。1月3日，孫公布各部總長、次長名單組閣，各省代表會改組臨時參議院。1月4日，孫電令廣東代理都督陳炯明出兵北伐：「和議無論如何，北伐斷不可廢」。1月7日，孫《告友邦書》，稱民國承認「革命軍興」前清與各國之條約、借貸和權利。孫不願延長內戰，雙方遂派代表在上海議和，孫提出：一、清帝退位；二、袁絕對贊同共和；三、孫自清帝退位後辭職；四、由參議院選舉袁為臨時大總統；五、袁被選後，當宣誓遵守《臨時約法》，袁必「誓守參議院所定之憲法，乃能接受事權」，袁乃嗾使段祺瑞等電清廷實行共和。1月22日，孫電伍廷芳，令將議和辦法轉告袁。
孫最終選擇妥協。曾訪問過孫之記者提到「他真誠、慎思的外表」，以及「安靜、沉穩的舉止」。2月12日，清廷下詔宣統帝遜位，詔書文本由南京方面草擬，再傳給袁世凱。2月13日，孫向臨時參議院辭任臨時大總統，並薦袁代任；臨時參議院即按議和條件舉袁為第二任臨時大總統。2月15日，孫祭明孝陵時向文武官員講話。
1912年，孫強調必須在「效力與憲法等同」之文件中首先寫進「中華民國之主權屬於國民全體」之條文，「一以表示我黨國民革命真意意之所在，一以杜防憎主人者」。《臨時約法》確定人民之權利義務及臨時政府參議院之組織與職權，並規定《約法》施行後10個月內成立國會。行政權由總統與內閣分享，且閣員須由國會通過任命。內閣由國務總理及各部總長組成，法院為司法機關。3月3日，南京臨時政府陸續發布社會政治改革法令：「解放」疍戶、惰民、丐民、義民、剃髮者及優、倡、隸、卒等，一律「平等」；禁絕販賣華工；賑濟災民；嚴禁官吏違法；鼓勵華僑投資；保護工商業；改革教育。三個月中，南京臨時政府共頒布30餘件法令有利建政和工商業。3月3日，中國同盟會本部於南京召開會員大會，宣布以「鞏固中華民國，實行民生主義」為宗旨，制訂9條政綱，舉孫為總理。3月10日袁在北京石大人胡同前清外務部公署就任臨時大總統，3月25日袁任命之內閣總理唐紹儀抵南京組織新內閣。3月11日，《中華民國臨時約法》頒布，強調「主權屬於國民全體」。參議院為防袁野心，特設「責任內閣制」，以唐紹儀為國務總理，並設國務會議以行使職權，但袁不能容，唐被迫辭職，以陸徵祥代之。3月29日，孫出席臨時政府各部總次長、衛戌總督、各軍師旅司令官舉行餞別宴會。1914年5月，臨時約法遭罷廢，新法除去所有行政權約束，並無限期延長總統任期。
File:1912年元旦，孫中山在南京就任中華民國臨時大總統。就職儀式上，宣讀的大總統誓詞。.jpg|thumb|1912年元旦，孫在就職儀式上，宣讀的大總統誓詞。
File:1912Jimingxiaoling.jpg|thumb|1912年2月15日，孫祭明孝陵
File:1912年3月5日，孫中山在南京舉行革命烈士追悼會.jpg|thumb|1912年3月5日，孫在南京舉辦粵軍北伐烈士追悼會
File:Tang Shaoyi and Sun Yat-sen.jpg|thumb|1912年3月25日，孫與唐紹儀在總統府前合影
1912年4月1日，孫在南京正式解除臨時大總統職務，並把總統寶座讓給袁世凱。同日中國同盟會會員舉行餞別會，孫重申必須進行社會革命，「一面圖國家富強，一面當防資本家壟斷之流弊」。孫辭職後不再過問政治。孫離開南京，前赴上海。4月9日，孫應鄂軍都督黎元洪之邀抵武漢。孫在其廣東之行中說：「吾國乃社會主義之民國，欲行社會主義。吾等皆是真誠的社會主義領袖。」5月15日，孫前往黃花崗七十二烈士墓致祭文。5月27日，孫抵翠亨村，與夫人和大哥團聚，3天後返廣州。6月，唐紹儀內閣垮臺。6月22日，孫由廣州經香港抵達上海。7月，孫〈中國革命的社會意義〉發表於比利時《人民報》，認為民族主義、民權主義「因清廷退位而付之實現」，當前「應該實行經濟革命」。
孫視察京張鐵路時與歡迎人員在張家口火車站合影
1912年8月，宋教仁以同盟會為基礎，聯合統一共和黨、國民共進會及國民公黨，改組成國民黨，推舉孫任理事長，黃興、宋教仁等為理事，實際黨務由宋教仁主持。孫擔任總理，黃興為協理。袁邀請南方領袖到北京與他會晤，孫於8月24日抵達首都。孫居留北京月餘，與袁談話13次。8月25日，國民黨在北京成立大會，舉孫為理事長，宋教仁代理；孫演説《解決民生問題》。9月3日，孫在五族共和合進會與西北協進會講「五族共和」的意義。9月25日，孫、袁達成共識，公布一則聯合聲明，提出建立中央集權之政府，去軍事化，開放外國資本，促成政黨和解，穩定政局。
1912年9月10日，袁「特授孫文以籌劃全國鐵路全權將擬築之路先與各國商人商議借款招股事宜」。袁任命孫為鐵路督辦，每月可支領經費3萬元。孫由自己出任中國鐵路總公司總理，設總部於上海，希望透過開放外資，盡快完成建設中國鐵路，自認為有相當詳細之規劃。同月，孫視察北寧、津浦北段和膠濟鐵路及陽泉煤、鐵礦，多次談話修建鐵路。10月，孫委托王寵惠與英商簽定廣州至重慶及蘭州的鐵路線，袁橫加阻撓，不予批準。10月10日，孫為英文《大陸報》撰文：「實業主義之行於吾國必矣」。10月14日，孫宣告中國鐵路總公司已在上海成立；孫在中國社會黨本部演説3天，評論社會主義學説及派別，理解和同情社會主義。12月上旬，孫通電呼籲政府和國民反對沙俄強迫外蒙簽訂《俄蒙協約》和《商務專條》。
1913年2月11日，孫赴日本考察，藉以籌措外資興建鐵路。2月13日抵達日本後，孫受到熱情接待。2月中旬至3月下旬，孫訪問長崎、門司、下關、神戶、東京等，參觀工廠和學校，闡明中日「互為提攜」，與三井物產董事山本條太郎等籌設「中國實業公司」。2月至6月，袁提供巨額，誘使國民黨員另組政團，有國事維持會、政友會、超然議員社等從國民黨分裂出來。3月4日晚，孫在東京設宴答謝日本各界人士，牧野外相等內閣閣員應邀出席。3月11日，孫與宋嘉樹、戴季陶等參觀大阪《每日新聞》社。3月14日，孫與戴季陶、馬君武、宋嘉樹、何天炯等出席神戶國民黨交通部正支部長吳錦堂在寓所所設午餐會。
1913年3月20日，宋教仁在上海滬寧車站遇刺，兩天後重傷不治。3月22日，孫在長崎獲悉宋教仁在上海被刺消息。1913年3月23日，孫參觀長崎三菱造船所後，下午即乘船返國。孫自從3月25日返回上海後，便極力主張公開與北京政府決裂，並以武力對抗袁世凱。
3月27日，孫在黃興寓所商討對策時，主張「聯日」、「速戰」，願親任其事，大部與會者希望「法律解決」。同月，孫與黃興等在上海橫濱正金銀行商討集資討袁。孫力主興師討袁，但黃興認為兵力不足，主張循法律途徑解決。袁竟不經國會通過，擅與英、法、德、俄、日五國銀行團簽訂2,500萬鎊之「善後大借款」，名義用於平亂。4月，為反對善後大借款，孫策劃討袁。5月上旬，袁下令「除暴安良」，公開挑戰國民黨；旋又「傳語國民黨人」，辱駡孫、黃興等「除搗亂外無本領」，稱：不能「聽人搗亂」——「彼等若敢另行組織政府，我即舉兵討伐之。」5月20日，在上海國民黨機關刊物《國民》月刊撰〈出世辭〉，稱民國以來，「吾人所抱負之希望，未達其一」。孫反對法律程序解決，力主南方各省起兵反袁。6月中下旬，孫由上海赴廣東，經澳門到香港，促陳炯明「四省獨立，廣東同時宣布」。袁罷免反對善後大借款之三都督李烈鈞、胡漢民、柏文蔚，致引起二次革命。「二次革命」因勢單力薄，在兩個月內被各個擊破。7月12日，李烈鈞在江西首發「二次革命」，孫稱是「迫不得已以武力濟法律之窮」，召各方促袁辭職。李烈鈞為江西討袁軍總司令，黃興7月15日任江蘇討袁軍總司令，柏文蔚任安徽討袁軍總司令，陳其美任上海討袁軍總司令。7月22日，孫宣言督促袁辭職。8月2日，孫乘船離開上海；8月3日抵福州馬尾，知廣東無望，遂前往日本。反袁失敗後，孫喬裝化名逃亡，經臺灣基隆乘坐日本貨船「信濃丸」號，8月7日到達日本門司區。孫動身前往日本，於8月8日上岸。9月初，袁世凱已弭平所有叛亂。9月15日，袁通緝孫、黃興等。10月15日，袁以北京總檢查名義通緝孫及二次革命首要。在日本內閣默許下，孫經門司、神戶，最後從橫濱進入東京。11月，國民黨殘存勢力被解散。12月，孫致函鄧澤如等，稱不因「二次革命」失敗而「灰心」、「縮步」。
1914年7月，孫在日本東京組建中華革命黨
孫本人的中華革命黨誓約
孫檢討二次革命失敗的原因，他認為國民黨失去其前身中國同盟會的革命精神，黨員不服從理事長（即孫中山）的號令，主張循法律途徑解決宋案，未能及時起兵致使失敗。中華革命黨於1913年底開始籌建。
1914年1月，孫派陳其美赴大連，聯絡中國東北；5月10日，孫在東京創刊《民國》雜誌，後為中華革命黨機關刊物。7月8日中華革黨在東京築地精養軒舉行成立大會，與會者約300餘人。孫就任總理，並公布手書《中華革命黨總章》。入黨者必須按指印、立誓約，絕對服從孫，發誓「為救中國危亡，拯生民困苦，願犧牲一己之身命自由權利。」
孫的提案遭到部分革命黨人抵制，特別是黃興。孫向黃興解釋：「要知道過去革命所以失敗的最大原因，就是不肯服從一個領袖的命令。我們現在做革命能夠成功，以後黨內的一舉一動，就要領袖來指導，由全體黨員去服從。至於那一個人來做領袖，這是沒有關係的。假使你黃先生願意當領袖，我們就可以在誓約內寫明『服從黃先生』，我個人當然也填誓約來服從你的。如果你不願意當領袖，就由我來當領袖，那末你就應該服從我。至於誓約上要打指模，完全是表示加入革命的決心，決不是含侮辱的意思。」孫又對一般黨員說道，革命黨必須犧牲個人自由：“黨員之于一黨，非如國民之于政府，動輒可爭平等自由，設一黨中人人爭平等自由，則舉世當無有能自存之黨。蓋黨員之于一黨，猶官吏之于國家，官吏為國家之公仆，必須犧牲一己之自由平等，絕對服從國家，以為人民謀自由平等。惟黨亦然，凡人投革命黨中，以救國救民為己任，則當先犧牲一己之自由平等，為國民謀自由平等，故對于黨魁則當服從命令，對于國民則當犧牲一己之權利。……是以此次重組革命黨，首以服從命令為唯一之要件。”
1915年3月14日，孫致書日本外務省大臣，向日本政府承諾優於二十一條要求之權利讓渡。11月15日，孫委居正為中華革命軍東北軍總司令。袁著「國體投票」，要各區、各省之國民代表，投票贊成改行君主政體，又指使參議議員上書擁戴袁為皇帝。
1916年3月22日，袁被迫取消帝制。4月9日，孫、宋慶齡等在日本友人田中昂寓所舉行小型聲討袁集會（又稱「帝-{制}-取銷一笑會」）。4月27日，孫為討袁大計，離日返國。5月，孫函黃興，稱「中國問題實為新舊之爭。換言之，則為民黨與官僚派之爭」；主張加強團結及武裝。5月1日，孫抵達上海公共租界。5月9日，孫發表《第二次討袁宣言》，「不徒以去袁為畢事」。6月6日，袁逝世。孫下令「解散」中華革命軍，決定停止中華革命黨一切活動，「解散黨人」，「取消本黨名義」。7月17日，孫在上海張園舉行茶話會，與各界人士研討袁死後之形勢和建設方針。10月31日，黃興逝世。11月24日，孫與前來吊唁之友人在上海哈同花園。
1917年7月，孫南下后在廣州留影
段祺瑞違反臨時約法，通過對德宣戰案，舉借日債，企圖擴張勢力；孫以段違背憲法，乃自上海赴廣東，倡導護法，各省亦多響應。1917年7月6日，孫等南下掀起護法運動。同日，孫在取得海軍支持後，由上海乘艦南上，朱執信、廖仲愷、章太炎、何香凝等同行。7月10日，孫抵達汕頭，在歡迎會上稱「要除盡假共和，方有真共和出現」。孫即以維護臨時約法為號召，聯合西南軍閥，在廣州組織軍政府。7月17日，孫抵達廣州。7月21日，海軍總司令指揮麾下15艘軍艦駛離上海，開赴廣州，當時廣州已聚集130位國會代表，約占總數三分之一。7月29日，《中華新報》刊登孫稱：「假共和之禍猶甚於真復辟」，因為「帝制實不能與共和競爭」。8月25日，國會非常會議在廣州開幕。9月1日，國會非常會議選舉孫為中華民國軍政府海陸軍大元帥。9月2日，陸榮廷即通電國會議員和廣州士紳、商人，稱：「既然總統仍在位，則毋須另立政府。大元帥這令人難解的名稱尤其有問題。我們是簡樸之人，對權力沒有任何野心，只想盡本分，而且我們不會走錯誤的一步。因此我們不願意配合當前動作。」9月10日，孫正式就任。9月13日，廣州軍政府對德宣戰。財政方面，自軍政府部長到辦事員，每人月支零用費20元；孫委托廖仲愷經營，僑胞百餘萬元捐款起支撐。蔣介石撰上對北洋軍作戰計劃及滇粵兩軍對於閩浙單獨作戰之計劃。10月上旬，護法戰爭開始衡山、寶慶戰鬥；10月12日《中華新報》刊出孫發布討伐段令，指段「陽托共和，陰行帝制」，成為「共和之蟊賊，人民之大蠹」，號召全國「討滅偽政府，還我約法，還我國會，還我人民主權」。11月18日，孫通電反對南北調和，堅持「恢復約法及舊國會」。
孫號召國會議員南下，召開國會非常會議，展開護法運動（亦稱“三次革命”），誓師北伐。由於南方軍閥本無誠意護法，故不久即醞釀議和。1918年5月，軍政府改組，實權掌握在軍閥手中。軍政府以七總裁取代大元帥，領導南方與西南各省。國會非常會議通過《軍政府改組大綱修訂案》，選舉唐紹儀、唐繼堯、孫、伍廷芳、林葆懌、陸榮廷、岑春煊為政務總裁；不久，岑春煊被推舉為主席總裁。5月4日通過《軍政府改組修正案審查報告》後，孫即向國會辭去大元帥職。6月1日，孫由汕頭經臺北前赴日本。
1917年5月下旬，孫離開廣州，第一次護法運動告終。孫抵達上海後，與先到之宋慶齡住進華僑捐贈之莫利哀路29號寓所（今香山路7號、上海孫故居）。孫集中精力從著述，力求「以主義普及國民」。作為秘書，宋慶齡還負責協助起草電函稿件，翻譯英文，並加緊學習德文、俄文，準備聯繫蘇聯方面。1919年8月，孫堅決辭去總裁職：「決不與之共飾護法之名，同當誤國之罪。」
1920年11月28日，孫與唐紹儀在自滬返粵的輪船上
1919年8月7日，孫致電廣州非常國會，正式辭去政務總裁職。10月10日，孫改組中華革命黨，擴大吸收黨員，成立中國國民黨。所以加上「中國」兩字，以與1912年之國民黨區分。總部有總務部、黨務部、財政部，孫以居正、謝持、廖仲愷為主任。
1920年6月29日，孫致函日本陸相田中義一，譴責日本侵華政策，指日本政府「專以援助反動黨排除民主主義為事」。陳炯明在桂軍三路進迫下出師討桂，粵軍於10月攻克廣州。陳炯明奉孫之命率領粵軍從福建返廣東，打敗盤踞在廣東之桂系軍閥，重建廣東根據地。秋，孫試圖與湖南自治派之趙恆惕談判結盟，並透過湖南，爭取和四川、雲南結盟。11月9日頒布之中國國民黨總章規定，中國國民黨以實施三民主義、創立五權憲法為目的。11月10日，孫委陳炯明為廣東省長兼粵軍總司令。11月28日，孫設法返回廣州。12月30日，孫批復林支宇函，「聯省只能成官治，不能成自治」，「以分縣自治為立國基礎」。
1921年1月1日，孫在南京臨時政府成立紀念會上稱：「廣州此時實有建立正式政府之必要」；陳炯明等不贊成，但孫之主張得到多數支持。年初，舊國會在廣州重開，因不足法定人數，故稱國會非常會議，推舉孫為中華民國政府非常大總統。孫設法號召舊國會225名議員，於4月7日在廣州集會，推選總統。4月，國會通過《中華民國政府組織大綱》。4月29日廣州政府外交部長接受《北華捷報》專訪，即明白表示：「任何人要和我方達成協議，必須同意由他（孫）擔任臨時大總統，以待召開國會、正常選舉。我們沒有其他條件。」5月5日，孫宣佈就職，轄區僅有廣東，實權在陳之手。民國政府成立。7月24日，孫與宋慶齡在廣州出席「出征軍人慰勞會」。7月，孫下令討伐廣西，兩個月克南寧、桂林、龍州。10月，廣州非常國會批準孫北伐計劃。10月中旬，孫巡廣西，3萬人準備北伐，組織大本營。
1921年12月10日，孫在桂林對滇、贛、粵軍發表《軍人精神教育》演說。
1922年2月，孫下動員令，各軍出師北伐。4月18日，孫派廖忡愷晤陳，勸其晤商北伐；陳拒不前往，電辭本兼各職。4月21日，孫下令免陳廣東省長、內務部長兼粵軍總司令職，專任陸軍部長；晚，陳退惠州。5月，直奉戰爭奉系遭直系擊敗。5月6日，孫赴韶關督師，旋大本營總攻擊令，北伐軍三路進江西。6月2日，徐世昌在壓力下退讓，宣布辭職。孫就任非常大總統，積極策劃北伐，陳志在割據，多方阻撓。陳主張聯省自治，與直系軍閥勾結。6月1日，孫返回廣州。6月16日，葉舉炮打孫寓所。陳兵變，宋慶齡不願與孫同行，認為「目標太大，容易被叛軍發現」，覺得個人不致有何危險，對孫說：「中國可以沒有我，不可以沒有你。我請求你先走吧！」陳發動六一六事變，突然炮擊總統府，孫只有警衛部隊500人，配輕武器；陳部約3萬人，備重炮。由於炮火密集，士兵衛士多人倒斃，經其他人苦勸，孫才回到艦艇艙內。英國只肯派一艘炮艇供孫調遣，孫因而得以在8月9日離開珠江，安抵香港，再轉往上海。8月離開廣州往上海。9月至12月，孫在上海寓所3次召集在上海各省中國國民黨負責人廖仲愷、汪精衛、胡漢民、張繼、楊庶堪討論改組中國國民黨問題。孫和吳佩孚談判，盼望能回到北京；孫同時與張作霖秘密交涉，從張作霖得到若干經費。
1924年1月24日，國民黨召開“一大”，孫中山為大會主席。
1920年秋，孫常在上海寓所接見共產國際東方部代表維經斯基，孫說列寧本來是想要他當共產黨的創始人，因為陳獨秀在民眾中沒有多大的影響，而他在過去和現在都有很大影響。第二次護法運動失敗後，因沒有西方及日本金援支持，拒絕原因是不看好孫政治資本，孫開始考慮與蘇聯支持的中國共產黨合作之可能。
1922年8月，蘇聯政府秘密通過馬林聯繫孫；馬林和李大釗多次會晤孫，討論振興中國國民黨。
1923年1月17日至1月26日，蘇聯政府全權代表越飛到上海與孫會談，到月底發表《孫文越飛聯合宣言》，標誌確立孫「聯俄」政策，主要內容有：
# 蘇聯願援助中國完成統一大業；
# 蘇聯願拋棄沙俄對華之不平等條約，另行開始中蘇交涉；
# 中東鐵路問題由中蘇協商，暫仍維持現狀；
# 蘇聯無意使外蒙脫離中國，蘇軍也不必立時撤退。
孫以為共產組織，甚至蘇維埃制度，事實均不能引用於中國；因中國並無使此項共產制度或蘇維埃制度可以成功之情況也；此項見解，越飛完全同感；且以為中國最要最急之問題，乃在民國的統一之成功，與完全國家的獨立之獲得。1月26日，孫通電各大軍閥，重申其自願裁軍之計劃，另外再提議委請列強出任第三方代表團；代表團負責監督裁軍，也負責籌募、運作用於國家經濟及政治改造之國際基金。
對於中國共產黨黨員，孫願意容納於中國國民黨內，一來是為了爭取蘇聯援助，二來是為集中力量，壯大國民革命聲勢。孫曾對馬林說：“像陳獨秀那樣在他的周報上批評國民黨的事再也不許發生。如果他的批評裡有支持一個比國民黨更好的第三黨的語氣，我一定開除他”、“如果我能夠自由地把共產黨人開除出國民黨，我就可以不接受財政援助”。1924年1月20日至1月30日，中國國民黨第一次全國代表大會在廣州召開。孫召開全代會，在1月20日上午之開幕演說上，他強調必須改組黨，目標將黨變成革命、建國工具。甚至孫科因為發表反蘇反共言論，不支持改組，被孫親自從第一屆國民黨中央委員會名單中劃掉名字。大會主席團由胡漢民、汪精衛、李大釗等5人組成，蘇聯顧問鮑羅廷也出席大會；大會確立聯俄、容共扶助農工三大政策，並決議中國共產黨黨員可以個人身份加入中國國民黨，但須服膺三民主義及遵守黨綱黨紀；與會代表百多人，包括20多名中國共產黨黨員。大會後鮑羅廷離開廣州好幾個月。1月27日到4月26日，孫講民族主義六講、民權主義六講；8月3日起講民生主義四講。8月3日，孫在廣州大學演講民生主義時批評馬克思主義，駁斥馬克思主義之剩餘價值說，也摒棄階級鬥爭之重要角色。同年秋，農民協會和地方民團衝突，變成激戰。8月23日，中執會通過決議，承認中國共產黨員在中國國民黨內之特別責任，解除張繼、謝持控訴他們派系活動之罪名。孫認為共產主義與民生主義毫無衝突，民生主義已包括共產主義在內。1925年2月，鮑羅廷決定派廣州政府軍增援農民協會對抗地方民團。
File:Whampoa-Sun.jpg|孫同蔣介石（中）、何應欽（左）、王柏齡（右）合影
File:孫中山與蔣介石.jpeg|孫在黃埔軍校開學典禮結束後，與蔣合影
File:Whampoa3.jpg|孫在黃埔軍校開學典禮上演講，臺下身著白色西裝的歐洲人為蘇聯代表
File:Sun Yat-sen 1924 Guangzhou.jpg|孫晚年照（1924年），被引用在新臺幣100圓紙鈔上
1922年底，孫策動駐廣西之滇軍、桂軍及駐西江之部分粵軍趕走陳炯明，奪回廣州。1923年1月16日，擁護孫的滇軍楊希閔部、桂軍劉震寰部、和倒戈粵軍合組西路討賊軍擊敗陳部，陳退守東江。2月21日，孫抵廣州，重建大元帥府，稱「不是再拿護法問題作工夫」。3月2日，孫以大元帥名義，特任楊庶堪為大本營秘書長，朱培德為大本營參軍長兼大本營護軍司令。當時陳佔據東江一帶及潮州、汕頭等地，與孫成相持之局。4月20日，孫督師北伐討賊，與參謀長蔣介石從廣州火車北上。11月19日，孫親自指揮各軍抵禦四路反撲之陳部，守衛廣州。
1924年1月1日，孫與宋慶齡在廣州大元帥府舉行慶祝中華民國成立12週年暨授勳典禮。孫在鮑羅廷和黨內領導人陪同下，於6月16日主持開學典禮。6月，黃埔軍校正式開學，第一期有學員600多人，孫兼任軍校總理，任命蔣為校長，廖仲愷為黨代表；蘇聯派出多名軍官作顧問，並安排中國共產黨黨員入軍校就讀或任教。軍校參照蘇聯紅軍制度實行「軍事與政治並重」之方針，學生學習軍事及革命理論，以提高政治覺悟。
1924年8月3日，孫在廣州大學演講民生主義時批評馬克思主義，駁斥馬克思主義之剩餘價值說，也摒棄階級鬥爭之重要角色；和鮑羅廷對話後一星期，孫再次演講民生主義，推翻先前批評，再次主張民生主義即是社會主義。
1924年9月3日，江浙戰爭爆發。孫試圖重新發動北伐，成為統一戰線之絆腳石、革命動員一致行動之異聲。9月4日，孫召開北伐籌備會議，以胡漢民為代帥兼廣東省長。9月12日，孫移大本營至韶關，親自督師。9月17日，第二次直奉戰爭爆發，孫因與皖系、奉系訂立反直聯盟，所以決定討直。同日，廖仲愷辭去軍需總監、財政部長和財政廳長。中國國民黨內部出現批評、抗議，孫科辭去廣州市長，廖仲愷放棄廣東省省長，蔣介石也拒絕讓黃埔師生參加北伐，只派一連兵到韶關保衛孫。
1924年11月17日，孫夫婦到上海，在寓所接見各界代表
1924年10月下旬，直系第三軍軍長馮玉祥，率軍自長城前線回師佔領北京，軟禁總統曹錕，馮部和胡景翼、孫岳部組成國民軍。10月23日，馮發動北京政變。10月30日，孫因而捨棄在韶關建立之總部，返回廣州。馮、張作霖、段祺瑞分別致電孫，請他北上共商國是。11月，孫應邀北上討論國是，提出「召開國民會議和廢除不平等條約」兩大號召，同帝國主義和北洋軍閥段祺瑞、張作霖等作鬥爭。孫發表《北上宣言》，主張召開國民會議，以謀求中國之和平統一，對外廢除一切不平等條約，對內實行民治。11月17日，孫抵達上海。孫稱：「第一點就要打破軍閥，第二點就要打破援助軍閥的帝國主義。打破了這兩個東西，中國才可以和平統一，才可以長治久安。」段被推為「臨時執政」，稱「外崇國信」，承認一切不平條約繼續有效。11月24日，孫與宋慶齡抵達日本神戶。針對孫主張召開國民會議，段宣佈召開善後會議，只限各省首領、各省區長官、有功勳及特殊資望者，不包括人民代表。11月25日，孫在神戶與前來拜訪之頭山滿長談。11月28日在神戶演講《大亞洲主義》，孫主張日本政府不要做「西方霸道的鷹犬」，而應做「東方王道的干城」。孫在《入京宣言》中稱：中國「仍處在帝國主義各國殖民地之地位，固而吾人救國之責，刻不容緩」。1925年1月，孫堅持速開國民會議以解決國是，段卻主張召開善後會議。
1925年2月，善後會議在北京召開，國共兩黨均激烈反對，4月善後會議結束，一無所成。在內憂外患中，孫扶病入京，苦無成果，終於病情惡化。宋子文向孫請示，另外留下一份《家事遺囑》。孫在顧維鈞家裡簽署《國事遺囑》。3月11日，孫在遺囑上簽名。孫呼吸愈來愈困難，精神疲倦，重複說：「和平」、「奮鬥」、「救中國」；醫生因病人説話太多，就請孫入睡。3月12日9時30分，孫心臟停止跳動，呼吸停止，在北京逝世。孫的葬禮由家人自行按基督教儀式舉行，出于淡化革命領袖是基督徒的目的，中國大陸和臺灣權威的《孫中山年譜》中都沒記載基督教葬禮的史實。
File:Sun Yat Sen LCCN2016874304.jpg|遺像
File:Obituary of Sun Yat-sen.jpg|訃告
File:國父遺囑.png|政治遺囑
File:孫中山逝世后，北京碧云寺祭堂外的挽聯.jpg|北京碧云寺祭堂外的挽聯
「三民主義」由三部分構成：民族主義（即中國國族主義，以期中國獨立於外國勢力的支配）、民生主義及民權主義。
在哲學上，提出「知難行易」說，批判「知之非艱，行之惟艱」的保守思想。
**元配妻子：盧慕貞（1867年7月30日－1952年9月7日）
***長子：孫科（1891年10月20日—1973年9月20日）
****長孫：孫治平（1913年11月15日－2005年4月6日）
*****曾孫：孫國雄（孫治平與謝秀琳之子）
****次孫：孫治強（1915年1月27日－2001年7月4日）
*****曾孫：孫國元（孫治強與林倫可之子）
*****曾孫：孫國升（孫治強與林倫可之子）
*****曾孫：孫嘉琳（孫治強與劉肇雲之女）
*****曾孫：孫國瑜（孫治強與劉肇雲之女）
****長孫女：孫穗英（1922年1月16日生）
****次孫女：孫穗華（1925年3月18日－2021年4月16日）
****庶孫女：孫穗芳（孫科私生女，1935年3月19日生）
****庶孫女：孫穗芬（孫科私生女，1938年8月6日－2011年1月29日）
***長女：孫娫（1894年3月31日—1913年3月25日）
***次女：孫婉（1896年11月12日—1979年6月3日）
****外孫：王弘之（孫婉與王伯秋之子）