江南乡试后，当陈独秀认识到康梁的维新变法适乎时势时，立即和皖省维新人士汪孟邹、李光炯等密切交往，阅读《时务报》，讨论康梁文章。当时，康有为等正受到乡里“瞀懦”们的攻击，他很愤恨，经常在大庭广众下“为康先生辩护”，被人指责为康党、孔教罪人，然而他却全然不顾。
　　陈独秀接受康梁派思想的第二年，“百日维新”失败了。血的事实证实了清王朝顽固派反对任何革新，于是一大批先进分子包括陈独秀转向孙中山的革命派。
　　1901年，陈独秀在日本参加青年学生革命组织“励志社”。1903年，沙俄拒不撤出中国东北，于是在日本的中国留学生组织拒俄义勇队，准备开赴东北战场，当时清廷要求日本政府解散义勇队，陈独秀十分气愤，和邹容、张继、翁浩、王孝慎五人闯入学监姚文夫家中，当场挥剪剪去姚的辫子，抒发割发代首之恨。此事在留学生中轰动一时，陈独秀也因此被遣返回国。
　　归国后，陈独秀立即在安庆组织拒俄爱国演说会，愤怒控诉沙俄在我国东北奸淫掳掠、残杀无辜的罪行，号召大家“思起而救亡”。1904年，陈独秀怀着满腔爱国热情，以唤醒民众赶走侵略者，推翻满清统治为己任，在芜湖创办《安徽俗话报》。陈独秀用“三爱”的笔名在第1期至19期上发表了近50篇作品，用流畅的白话文，以古喻今，多种文体揭露和批判列强瓜分中国的罪恶。同时，陈独秀还把启发民众和直接革命斗争结合起来。1905年，他组织革命团体“岳王会”，自任会长，以武力反抗清政府。岳王会在辛亥革命时期，为安徽和江南革命事业做出了突出贡献。
　　1911年，武昌起义爆发，中华民国建立，清王朝统治被推翻，但辛亥革命的胜利果实却被袁世凯夺去。袁一上台，就加紧打击革命势力，在政治上废除国会和约法，在思想界大肆提倡“尊孔读经”，企图复僻帝制。极端仇视民国的陈焕章、康有为等也成立孔教会，鼓吹“定孔教为国教”，宣扬纲常不变，要人们维护封建社会的三纲五常、三从四德，掀起一股复古逆流。
　　面对袁世凯篡权，世风日下的状况，孙中山先生仍以大无畏的精神和勇气，进行反袁斗争，以图民国真正实现，而这时陈独秀却在酝酿着另一条救国救民的道路。
　　当时有一个问题始终困扰着陈独秀，就是：为什么英美资产阶级革命及日本的明治维新顺利进行？而中国的变革如此艰难？经过认真的思考，通过对中西变革史的深入比较和研究，他找到了这一问题的答案：中国人民还未觉醒。“吾国这维新也，复古也，共和也，帝制也，皆政府党与在野党之所主张抗斗，而国民若观对岸之火，熟视而无所动心。”他认为中国人没有觉悟是造成今日危殆之势的根本原因。为此，必须进行启蒙，把人民从封建专制和它的意识形态的束缚下解放出来。
　　1915年9月15日是中国现代史上的一个重要的日子，上海群益书社出版了陈独秀主编的《青年》杂志（自2卷1号易名《新青年》）。《新青年》如一声惊雷，预示着春天的到来。《新青年》的创办，标志着新文化启蒙运动的开始。陈独秀则是领导这一运动的核心人物。
　　新文化运动的主要思想武器是民主和科学，陈独秀高举这两面大旗，在政治上和思想文化上对封建制度及其思想体系作了坚决的斗争。他说：“我们现在认定，只有这两位先生（“民主”和“科学”）可以救治中国政治上、道德上、学术上、思想上一切的黑暗。若因为拥护这两位先生，一切政府的压迫，社会的攻击笑骂，就是断头流血，都不推辞。”
　　陈独秀首先倡导的是民主思想，他把欧美的民主立宪政体作为理想的政治制度，认为“吾国欲图世界的生存，必弃数千年相传之官僚的专制的个人政治，而易以自由的自治的国民政治”。要达到此目的，首先，人必须具有独立自主的人格。陈独秀认为所谓独立自主的人格就是人的解放，就是：“脱离夫奴隶之羁绊”。是非荣辱、善恶行为，以自身为本位，诉诸自身的意志而课以功过，不听命于他人。“一切操行，一切权利，开发信仰，唯有听命各自固有之智能，断无盲从隶属他人之理”。陈独秀热烈呼唤着人的解放，“我有手足，自谋温饱；我有口舌，自陈好恶；我有心思，自崇所信；绝不认他人之越俎，亦不应主我而奴他人”。要使国民真正建立自主意识，必须对压抑、束缚自主意识的封建思想进行彻底否定，因为封建思想的主要特征就是把人变成听话的工具。陈独秀说：中国固有的伦理、法律、学术、礼俗都是残民害理的妖言，尤其是儒家三纲之说，把人们束缚在罗网之中而不自知，“君为臣纲，则民于君为附属品，而无独立自主之人格矣；父为子纲，则子于父为附属品，而无独立自主之人格矣；夫为妻纲，则妻于夫为附属品，而无独立自主之人格矣。率天下之男女，为臣、为子、为妻，而不见有一独立自主之人者，三纲之说为之也。缘此而生金科玉律之道德名词，曰忠、曰孝、曰节，皆非推己及人之主人道德，而为以己属人之奴隶道德也。”陈独秀还大声疾呼：青年男女们，应努力奋斗，脱离附属品的地位，完成自我。国民要自觉地居于国家主人之地位，自己建设政府，自己议定法律，不要对伟人抱任何幻想。
　　陈独秀倡导的独立人格精神及国民政治思想，在五四时期具有巨大的感召力量，它启蒙了一大批青年，使他们在五四运动中，走上街头，高呼“民主”、“自由”的口号，昭示着中国新民主主义革命的到来。
　　新文化运动中，陈独秀举起的另一面大旗是科学。科学在五四时期被理解为一种思想方法。陈独秀说科学就是我们对于事物的概念，综合客观的现象，诉之主观的理性而不矛盾之谓也，也就是主观与客观的一致。陈独秀吸收孔特关于人类思想进化的第一阶段是宗教迷信时代，第二阶段是玄学幻想时代，第三阶段是科学实证时代。
　　新文化运动成效最显著的是文学革命。陈独秀是五四文学革命运动最早的一位勇猛战士。早在1916年秋他即与远在美国留学的胡适讨论文学革命问题。当他收到胡适寄来的《文学改良刍议》时，十分快慰，立即在《新青年》上发表，紧接着自己又写成充满战斗激情的《文学革命论》。陈独秀认为单纯的政治革命，不能改造社会，还必须辅以思想意识、文学艺术的革命，而中国现在的文学不过是贵族文学、古典文学、山林文学。因此，陈独秀旗帜鲜明地提出文学革命的三大主义：推倒雕琢的阿谀的贵族文学，建设平易的抒情的国民文学；推倒陈腐的铺张的古典文学，建设新鲜的立诚的写实文学；推倒迂晦的艰涩的山林文学，建设明瞭的通俗的社会文学。
　　《文学革命论》的发表，掀起了文学革命的高潮，也引起了反对派的非难。面对来自各方面的攻击怒骂，陈独秀表示：国语文学，达意状物，天经地义，必不容反对者有讨论之余地，必以吾辈所主张为绝对之是，而不容他人之匡正也。认为中国古代文学皆有肉无骨，有形无神，目光不越帝王权贵，神仙鬼怪。受这种文学熏陶，国民阿谀、夸张、虚伪、迂阔等劣根性，要有尽有，此的确是革新政治的大障碍，因此革新文学势在必行。他还发誓：若有明目张胆高呼文学革命者，“予愿拖四十二门大炮，为之前驱”。
　　在陈独秀的推动下，中国新文学诞生了。鲁迅的《狂人日记》、《阿Q正传》便是这一时代的产物。它们开辟了中国文学史上前无古人的大事业。鲁迅说，陈独秀先生是催促我做小说最着力的一个。胡适说，如没有陈独秀先生不容匡正的坚决态度，就不会有文学革命。可见，陈独秀在文学革命中的主将地位。
　　陈独秀连放重炮，发起呼唤新世界的阵阵轰鸣。以其新颖的思想，饱满的热情和才华横溢的文章赢得了青年的尊敬与喝彩。1917年，毛泽东说：“现在国民思想狭隘，安得国人有大哲学革命家，大伦理革命家，如俄人托尔斯泰其人，以洗涤国民之思想，开发新思想……前之谭嗣同，今之陈独秀，其人者魄力雄大，诚非今日俗学可比。”20多年后，虽然陈独秀已脱离共产党，毛泽东仍没忘怀陈独秀对他的影响。他对斯诺说：那时，“我特别喜好陈独秀和胡适的文章，他们替代了梁启超和康有为，一时成了我的模范。”1919年，在陆军预备学校学习的叶挺写信给陈独秀，希望给他们坐在黑狱之中的青年以指导。
　　在陈独秀与他主编的《新青年》启发下，中国青年冲破封建枷锁的束缚，脱颖而出。五四时期，许多青年在毫无依托的情况下，毅然走出家门，到外面的大世界探求新知。
　　在“五四运动”中，陈独秀走出研究室，像普通战士一样投入枪林弹雨之中。1919年6月11日，他亲自起草《北京市民宣言》并在北京新世界散发，被反动当局拘捕。当陈独秀被捕的消息传出后，全国震惊，营救运动在各阶层人士中展开。毛泽东说，陈独秀因平日揭橥“赛因斯”和“德莫克拉西”，才被当局所怀恨，他才被拘捕，我们要营救他，因为他是“思想界的明星”。