孙中山长陈独秀13岁，他们政治派别不同，思想观念也有较大差异，但孙中山豁达大度、高见远识，一直真诚相待陈独秀，视陈独秀为自己的革命同志，二人之间的政治交往日渐亲密。

　　孙中山对陈独秀领导的北京“五四”运动，表示了极大的支持，给予了极高的评价，认为从五四起，一般爱国青年都走上追求新思想以革新国家政治的道路，“扬葩吐艳，各极其致，社会遂蒙绝大之影响。虽以顽劣之伪政府，犹不敢撄其锋。”(《孙中山选集》，第482页，人民出版社1956年版)6月11日，陈独秀在新世界屋顶花园散发他起草的《北京市民宣言》传单时被皖系军阀政府逮捕，孙中山得知这一情况后，非常焦急，他在上海迅速召见了北京政府代表许世英，严肃地说，你们逮捕了陈独秀，“做了好事，很足以使国人相信，我反对你们是不错的。你们也不敢把他杀死，死了一个，就会增加五十、一百个，你们尽管做吧!”(罗章龙：《陈独秀先生在红楼的日子》，《新华文摘》1983年第8期)表示了自己对陈独秀的关心，其作用是非常巨大的，一方面使北京政府反动面目昭然若揭，另一方面推动全国营救运动达到新的高潮。陈独秀在孙中山及国人的关怀下，被关押了98天后终于被释放。

　　1922年6月16日，陈炯明在广州发动叛乱，导致孙中山处于十分困难境地，他从此决心吸收新鲜血液改造国民党，充实国民党。孙中山心目中的“新鲜血液”主要是指年轻的中国共产党人，陈独秀认为共产党员加入国民党可以，符合中国革命利益和共产国际指示，但他希望：“只有孙先生取消打手模及宣誓服从他个人等原有入党办法，并根据民主原则改组国民党，中共党员才能加入进去。”(张国焘：《我的回忆》第一册，第243页)孙中山一改过去家长制一言堂作风，立即表示赞成陈独秀意见，允许共产党人加入国民党时取消打手模等原有入党办法并依照民主原则改造国民党，不久，陈独秀、李大钊等人由张继介绍，孙中山主盟，正式加入国民党。

　　陈独秀等人加入国民党，孙中山得到一批充满革命精神的新生力量的支持，极为振奋，立即加速进行国民党的改组工作，在这一进程中，他把陈独秀放在了重要岗位上。1922年9月4日，孙中山召集在上海的国民党资深党员张继等53人座谈改进党务意见，陈独秀应邀参加。6日，孙中山指定包括陈独秀在内的9人组成起草委员会，负责起草国民党党纲和总章草案。1923年1月2日，孙中山在上海召开改进国民党党务会议，任命陈独秀等21人为国民党参议。就在这个时候，广东政局又一次发生变化，滇军和桂军联合击败陈炯明部占领广州，孙中山应邀从上海回到广州，并且立即宣布设立大本营，继续行使中华民国陆海军大元帅职权。陈独秀为筹备中共“三大”，也于3月底来到广州。孙中山热烈迎接陈独秀的到来，4月16日以大元帅名义任命陈独秀为大本营宣传委员会委员，不久又推举陈独秀为宣传委员会委员长，瞬息之间，陈独秀成了大本营的核心人物之一，多少人翘首企足而不得的高位落到了陈独秀肩上。陈独秀在任内开展革命鼓动工作很有成绩，但财务管理方面十分紊乱，引起财政部的不满，许多反共份子也兴风作乱，造谣污蔑陈独秀以权谋私、享乐腐化。孙中山知悉上述情况后，于1924年1月2日发出该年“大元帅训令第一号”，指出陈独秀签署造送的开办费计算书及各种单据“未将款项分列，已支计算书格式不合，且内多缺乏单据者……。”(《给陈独秀训令》，见《孙中山全集》第9卷，第3-4页，中华书局1986年版)对孙中山的训令，陈独秀迅速责令下属人员补齐各项缺陷。孙中山的训令堵住了许多反动份子的口舌，实质上是保护了陈独秀的清白人格，维护了共产党人的革命形象。

在陈独秀为首的中共中央推动下，中国国民党1924年1月在广州召开了第一次代表大会。会前，陈独秀被孙中山指定为安徽代表，请他出席大会，并准备推荐他担任国民党中央部门领导重任，但陈独秀根据中共中央和共产国际代表意见，不当国民党中央委员候选人，因而没有出席大会，中共代表团由李大钊率领。大会的召开以及大会通过的各项决议，标志着由孙中山领导的国民党和由陈独秀领导的共产党相互合作正式实现，中国革命从此走向新的高涨。