黄兴是很有才华的，在24岁那年，他就以优异的成绩被保送到武昌两湖书院深造，在这里他受到了革命的启迪，确立了反清革命的大志。
两湖书院是张之洞督鄂期间针对清代学风不务实而建立的，学堂实行中西学并重，同时，在舆论上还有《湖北官报》、上海《时务报》、湖南《湘学报》等宣传变法、宣传西方思想的报刊支持。黄兴进入两湖学院后，接触到这些西学书刊，接受了资产阶级的政治学说，对国家和民族的危亡深为关心。特别是戊戌变法和唐才常自立军起事相继失败后使他受到强烈震动。他清醒地看到，改良主义在中国是行不通的，弄不好还会被砍头，只有推翻清朝中国才会有希望。
1902年的春夏之交，黄兴被派往日本东京宏文学院留学，黄兴推崇实干，刻苦学习，很快成为留日学生中的活跃分子。平时他留心观察日本的社会现象，课余常常参加各种军事训练，努力学习射击，练就一手好枪法。同时，他与杨笃生等创办《游学译编》杂志，介绍西方的社会、政治学说，宣传民主革命和民族解放。
1933年4月，沙俄违反协议，拒绝从中国东北撤兵。这件事在留日学生中引起了强烈反响。黄兴得知消息组织留日学生500余人集会，声讨沙俄无赖行为，并组成拒俄义勇队。这年冬天，他由东京回国，在家乡湖南进行反清活动，坚定地走上了武装革命的道路。
1904年9月，黄兴和他的战友们借祝寿为名，在长沙西区保甲巷的一所住宅里举行秘密集会，决定成立革命团体华兴会，会上一致推选黄兴为会长。为了躲开清政府爪牙的耳目，对外用办矿的名义，成立“华兴公司”。会上根据黄兴的建议，还确定了华兴会斗争的方针和策略，准备以由湖南为根据地发动起义，然后联络各省响应，以达到“推翻满清”的目的。并决定以联络会党为要务，立刻策动武装反清。
会后，又专门成立了两个秘密外围组织，一个名“同仇会”，负责联络会党；一个名“黄汉会”，负责联络新军。为了开展工作，黄兴变卖了所有家产，充当活动经费。
黄兴和刘揆为了发展力量，决定团结势力较大的哥老会，这天他们一身着短衣，足登钉鞋，头顶斗笠，步行15公里去见哥老会的首领马福益。在一个隐蔽得很好的岩洞里，见到了马福益，宾主双方，各倾肝胆，共商光复大计。马福益的会众在雪地上挖坑，埋鸡烤煨。他们开怀畅饮，直到天亮。归途中，黄兴抑制不住内心的兴奋，吟出“结义凭杯酒，驱胡等割鸡”的诗句，庆祝革命的力量得以迅速壮大。
黄兴等经过充分的准备，决定于11月16日“万寿节”起义。因为这一天慈禧太后要办70寿宴。后来由于起义日期临近，会党首领经常出来活动，泄漏了风声，引起湖南官府的察觉。接着马福益的一个部下在醴陵车站被捕，忍受不了酷刑的折磨，招出了机密。长沙地方当局立刻出动警力，四处悬赏缉拿黄兴等人。农历10月24日早晨，黄兴坐轿刚出家门，就碰上前来捉拿他的差役。差役劈头便问：“你是黄兴吗？”黄兴见势不对，机智地回答道：“我是来找黄兴的，他家里人说他到明德学堂去了，我到那边再去找找他。”幸好差役不认识黄兴，听了这话，也跟着到明德学堂。黄兴下轿后，假装去喊黄兴出来，叫差役们在门口等着。一进学堂，黄兴马上从后门逃到上海去了。
黄兴领导的这次起义，就这样失败了，但黄兴并不气馁。1905年，经日本友人宫崎寅藏的介绍，黄兴在东京结识了孙中山，他们志趣相投，很谈得来。他对孙中山提出的联合各派力量、建立统一的革命组织的主张，深表赞同。经孙中山提议兴中会和华兴会合并的主张，黄兴也同意了。
经过孙中山和黄兴的积极筹备，中国同盟会筹备会如期在东京召开。出席会议的有兴中会、华兴会、光复会和科学实习所赴日成员黄兴、陈天华、宋教仁、田桐、吴春肠等，以及其他留日学生共70余人。日本志士宫崎寅藏等与会。会议确定会名为“中国同盟会”。确定了同盟会的纲领为孙中山提出的“驱除鞑虏，恢复中华，创立民国，平均地权”，并举行宣誓，公推黄兴、陈天华、宋教仁、马君武、汪兆铭等8人起草同盟会章程。8月20日，中国同盟会正式在东京成立。孙中山任总理，黄兴任执行部庶务。相当于同盟会第2领袖。