马叙伦深受著名学者章太炎革命思想和行动的影响，1911年夏，他追随章太炎东渡东京。在章太炎东京寓所，交流畅谈国内形势和国家前途。他们的谈话，忽而笑语风生，忽而慷慨激昂，章太炎激动地说；“必须革命，不可不革命，不可不革命！”
章太炎的革命激情感染着马叙伦，他请章太炎介绍自己加入同盟会，章太炎当即应允。
很快，马叙伦经章太炎介绍，正式加入了同盟会。
从日本归国后，恰逢护路运动兴起，江浙人民反对清政府把商办的沪杭市铁路收归“国有”，实际上这是清政府将已归民办的粤汉、川汉等铁路干线的路权出卖给英，法、德、美四国。马叙伦坚决支持反对帝国主义特权的护路运动，在集会上他慷慨陈词，揭露清廷出卖路权的阴谋，力主坚持抗争，不交路权。在爱国志士们的据理力争、正确主张下，“反对铁路收归国有”的运动取得最后胜利。
武昌起义爆发，各地革命党人纷纷响应。在浙江省咨议局任职员的马叙伦，暗地里征得他的老师咨议局议长陈介石的同意，计划以维护治安为名，成立民团，以便武装起义。为此，马叙伦把全家老小送往乡下，并着手筹备枪支。他以维护治安名义，正式申请巡抚发枪。但因起义风声走漏，巡抚阻止了发枪的行动。结果，马叙伦组建民团的愿望未能实现。
