这一时期，留学和救亡已十分紧密地联系在一起，在这股爱国热潮冲击下，凡是有损中国国格的行径都会使留日学生们痛心疾首，奋起反抗。日本警察无故搜查宏文学院学生的行李，留学生们感到这是对弱国人民自由的剥夺，不少人心情沉重，彻夜不眠。于是议论纷纷，互相串联，准备以全体退学相抗议，后经多方劝导解释才平息下来。靖国神社展览中陈列有许多甲午战争中的“战利品”，这引起了中国学生的愤怒，他们聚众大闹，将陈列品打翻在地。参观大阪博览会，发现福建省的产品陈列在台湾馆中，而台湾当时为日本所霸占，他们敏锐地感到这是日本把中国福建视为其势力范围的举动，坚决反对，经过激烈交涉，终将这些产品迁出。东京卧龙馆在“活动写真”展出活动中丑化中国妇女，参观的中国留日学生以退场相抗议，宋教仁还与另一学生站在入口，劝诫中国人不要进去，并请人写了条子贴在门口告诉大家原委。该馆的管理人员不让张贴，双方争执起来，宋教仁义正辞严地指出，你们有展览的自由权，但我们有不让中国人看的自由权，你们侮辱中国，中国人就要抗议。结果该馆馆主无言以对，只好赔礼道歉。成城学校开运动会，张挂各国国旗，唯独没有挂中国国旗，几百名留学生痛哭流涕，一致抗争，并明确表示不挂出中国国旗就别想开运动会。经过长时间抗争，最后迫使校方挂起了中国国旗。青年鲁迅留日期间学的是医学，但是，在一次上微生物学课时，幻灯片上放出日俄战争期间屠杀中国人的场面，画面上居然还有一群中国人麻木不仁在围观，这种病态的毫无民族意识的世态，促使鲁迅决定用文学来唤醒民众，他说：
这一学年没有完毕，我已经到了东京了，因为从那一回以后，我便觉得医学并非一件紧要事，凡是愚弱的国民，即使体格如何健全，如何茁壮，也只能做毫无意义的示众的材料和看客，病死多少是不必以为不幸的。所以我们的第一要著，是在改变他们的精神，而善于改变精神的是，我那时以为当然要推文艺，于是想提倡文艺运动了。
留日学生中激昂的爱国情绪很快在规模巨大的“拒俄运动”中发展到了高潮。1900年，沙俄出动17万军队武装强占我国东北三省，到1903年4月，侵驻东北的沙俄军队不仅拒不按期撤出，反而提出七项无理要求，公然叫嚣要将东三省纳入俄国的版图。这一消息传到日本，留学界群情激愤，立即掀起了轰轰烈烈的拒俄运动。4月29日，留日学生500多人在东京集会，倡议组织拒俄义勇队开赴前线。青年学生纷纷签名，抱定为国战死、马革裹尸的决心。仅一天时间，签名者达130多人，于是正式宣布拒俄义勇队成立。5月2日拒俄义勇队改名学生军，并制订了12条规则，要求在清政府领导下抗击沙俄。但是，当时的清政府已变成了洋人的傀儡，爱国有罪，救亡问刑。它把留日学生的拒俄活动视为犯上作乱，多次要求日本政府取缔。清政府驻日本公使蔡钧向端方致电云：“东京留学生结义勇队，计有200余人，名为拒俄，实则革命，现已奔赴内地，务饬各州县严密查拿。”同时，清廷又密谕各督抚：“东京留学生已尽化为革命党，不可不加防备……地方督抚于各学生回国者，遇有行踪诡秘，访闻有革命本心者，即可随时获到，就地正法。”清政府的倒行逆施从反面促进了留日学生的觉醒，他们终于认识到，只有推翻卖国的清政府，建立救国的新政府，才能使中国免于亡国。“欲免瓜分，非先倒满清政府，则无挽救之法也。”就这样，拒俄运动成为广大爱国知识分子从爱国走向革命的一个重要转折点。1905年夏天，孙中山从美国来到日本，留日学生专派代表百余人到横滨迎接，8月13日又在东京专门召开空前盛大的欢迎大会，爱国青年们逐渐集合到孙中山的旗帜下，投入到轰轰烈烈的资产阶级民主革命洪流之中。
留日学生们为辛亥革命作了大量的舆论宣传，当时留日的各省同乡会差不多都有自己的刊物，如《江苏》、《浙江潮》、《湖北学生界》、《河南》、《四川》、《洞庭波》等等。1903年后，这些刊物一致鼓吹革命，宣传反清，时人讲这时的情况是：“在日本各省留学生，均有留学生会，会中必办一报，报以不言革命为耻。”这些刊物中，1905年11月创刊的《民报》以宣传同盟会的三民主义为总纲，在抨击清政府、鼓吹反清革命、介绍西方资产阶级民主学说方面成绩卓著，由此引起了清廷的切齿痛恨，一再加以防范，但留日生们还是巧妙地将它不断输入国内，有的将封面换上“心理学讲义”的名称邮寄回国。他们还编写了大量的图书，为反清革命提供精神武器，其中以邹容写的《革命军》和陈天华写的《猛回头》、《警世钟》影响最大。在《革命军》中，邹容宣言道：
我中国今日欲脱满洲人之羁缚，不可不革命，我中国欲独立，不可不革命，我中国欲与世界列强并雄，不可不革命，我中国欲为地球上强国，不可不革命。
《革命军》文字浅显，出版不久销路极佳，它不仅对革命青年产生了启发和鼓励作用，对一些置身于革命阵营以外的知识青年影响也很大。胡适青年时代曾受此感染，他回忆：“有一天，王君借来了一本邹容的《革命军》，我们几个人传观，都很受感动。借来的书，是要还人的，所以我们到了晚上，等舍监查夜过去之后，偷偷起来点着蜡烛轮流抄了一本《革命军》。正在传抄《革命军》的少年，怎肯投到官厅去考试呢？”陈天华的《猛回头》与《警世钟》用语通俗，言词悲慨：
或排满，或革命，舍死做去，
孙而子，子而孙，永远不忘。
猛睡狮，梦中醒，向天一吼！
百兽惊，龙蛇走，魑魅逃藏。
改条约，复政权，完全独立，
雪仇耻，驱外族，复我冠裳。
到那时，齐叫道：“中华万岁！”
才是我，大国民，气吐眉扬。
字字句句，掷地作金石声，具有巨大的革命感染力。湖南留日生杨源濬一次就从东京带《猛回头》7000册回国，这些小册子很快流传全国各地，特别是两湖学堂和新军军营，对促进各地武装起义起了很大的推动作用。
1905年后，随着同盟会的成立，资产阶级民主革命出现了高潮，又过了六年，便爆发了埋葬清王朝的武装起义。在此期间，留日学生成为骨干力量，据统计，从1905到1907年，同盟会为数可考的会员有379人，其中354人是留学生，占93%，而绝大多数是留日生，如黄兴、胡汉民、朱执信、廖仲恺、秋瑾等还主持同盟会的工作。为了将革命推向全国，许多留日生放弃了学业潜回祖国活动，他们组织和参加武装起义，不少人血洒疆场。徐锡麟、秋瑾分别在安庆和大通起义中英勇就义；黄花岗七十二烈士中，有八名是留日学生，他们之中，日本千叶医学校学生喻培伦，起义时胸挂一筐炸弹，一人当先，歼敌甚多，直到重伤被捕，面对敌人的屠刀，他慷慨高呼：“学说是杀不了的，革命尤其杀不了。”日本庆应大学学生林觉民抛妻别子奔赴战场，不幸受伤被捕，凛然就义，他给爱妻写的绝笔书《与妻书》，血泪交织，英勇悲壮，展现了一个革命者为国献身的伟大胸怀，至今仍广为传诵。辛亥革命十年后，孙中山在回顾这一段历史时曾对留日学生的贡献作了非常公允的评价，他说：“本党从前在日本组织同盟会，所得会员不过一万多学生，他们回国之后，到各省去宣传，所以辛亥武昌起义，登高一呼，全国响应，不到半年，就收全国统一的大效果。”正是爱国志士们前仆后继，才使得我们的民族屡遇危亡而没有沉沦、历遭浩劫而能够振兴。