1906年，蓝天蔚任新军三十二标统带后，以整顿部队为名，招募大批富有新思想的知识青年入伍。如一次在黄陂募兵，入伍的96人中，就有12个廪生、24个秀才。这就为接受革命思潮提供了条件。蓝天蔚针对知识青年喜爱读书的特点，在标内成立“读书会”，许多革命青年如黄申芗、单道康，孙长福、刘镇湘、杨文炜、张树堂、许必达等都参加了“读书会”。蓝天蔚亲自捐资印书，对士兵灌输革命知识。在读书会的基础上，蓝天蔚在本标读书会之各班学兵中选择优秀激进者；如黄申芗、单道康，吴绍奎等，明考暗保为湖北陆军特别小学堂学生；使能广泛传播革命种子。陆军特别小学堂实际成为宣传和组织革命的重要基地。某日秋季演习，蓝天蔚在武昌石牌岭演习地，以日本持战胜之威，强逼清廷订《马关条约》为题，对官兵演讲。其演词中有“匈奴未灭，何以家为”、“还我河山”等句，“我们要真实执行，方可无愧于古人”等语。官兵知道蓝天蔚演词之用意，同声呼号“复国强兵，铲除仇人！”
振旅辽沈 筹谋起义
1907年，蓝天蔚与宋教仁、吴禄贞、张绍曾在东北成立同盟会辽东支部，蓝天蔚为支部负责人之一，积极筹谋策动北方新军革命。为了掌握北方新军的领导权，蓝天蔚被当时在北方新军中任职的吴禄贞推荐给东三省总督锡良，因“锡良久闻君名，厚赠之”，令蓝赴日本考察军事。1908年秋，蓝天蔚再次东渡日本，在日本考入陆军大学。日本陆军大学是一所培养高级军事人材的学校，按日本政府的规定，该校不收外国留学生。由于蓝天蔚军学宏博，成绩优异，被破例收入。蓝天蔚在日本陆军大学认真学习崭新的军事科学知识，造诣愈深。1910年，蓝天蔚归国被任命为新军第二混成协统领，驻扎于奉天北大营。
当时对宋教仁提出在北方或首都发动革命的战略思想，被认为是上策。同盟会不断派遣人员来东北协助辽东支部工作，如林伯渠来吉林各学堂中宣传革命思想；廖仲恺利用同乡关系打入吉林巡抚陈昭常幕中，秘密开展革命工作；徐镜心奔走于东三省军政界做联络工作。在大家的努力下，到1910年底，同盟会辽东支部已发展到100多人，联系的群众达35，000人。这时吴禄贞已调任新军第六镇统制，驻扎在保定、石家庄一带；张绍曾调任新军第二十镇统制，驻扎在奉天、直隶东部沿海一带。蓝天蔚与吴禄贞、张绍曾领导的北方这三支新军约有 3万余众，就像一把利刃安插在清王朝的心脏地区。
滦州兵变 誓扫帝制
1911年，清王朝准备于6月在永平滦州一带举行秋操演习。蓝天蔚与吴禄贞、张绍曾在一次秋操准备会议上见面，三人秘密商议：“乘此秋操，新军实弹射击，先将禁卫军扫清，再整军入京，密约武汉同时举兵，使清廷首尾难顾，一举灭之。”正当北方的新军准备在秋操演习时发动起义之际，湖北的革命党人在同盟会中部总会的领导下也正在抓紧筹画起义。南北两方革命党人联系后，决定“待北方秋操进行后，南北两方同时举事。”然而，一系列突发事件促使湖北党人提前发动起义，1911年10月10日，武昌的新军工程第八营首先发难，打响了摧毁清王朝的武装起义的第一枪。“霹雳一声，举国震动”，辛亥革命终于爆发了。惶恐万分的清廷风闻秋操新军革命计画，深恐肘腋之下的北方新军群起回应，慌忙下令停止秋操，阻止新军的集中，并将禁卫军撤回北京防护京城。
1911年10月24日，蓝天蔚和张绍曾等屯兵滦州，联名电奏清廷，提出“请愿意见政纲十二条”，要求在当年之内“立开国会”，由国会起草制订宪法，“君主不得否决之”，“特赦擢用革命党人”等。这个电报名为“兵谏”，其实是一道最后通牒，威胁清政府要把多年来拖延未办的大事在两个月内全部办完，如果敢道半个不字，他们马上杀奔北京，绝无讨价还价之余地。在清王朝与革命军生死搏斗的关键时刻，手握重兵的蓝天蔚、张绍曾等高级将领提出这样的政纲，不啻是给清王朝迎头一棒，迫使清王朝不得不下罪己之诏，颁布“重大信条十九条”，完全接受了这个政纲，这就是历史上有名的“滦州兵谏”。接着，吴禄贞部又阻截了清政府运往武昌前线的军火，清廷的最高统治者更加焦虑不安。为了稳住“士官三杰”，以防不测，清廷使出了一箭双雕的毒计，令吴禄贞脱离第六镇本部前往滦州“宣慰”。吴禄贞到达滦州后，吴、张、蓝秘密筹画，以滦州张部为第一军，奉天蓝部为第二军，保定吴部为第三军。一军奔丰台，三军赴长辛店，二军出山海关策应，三路直逼京津，一举推翻清王朝。但是，他们的计画被告密了，清廷将停放在滦州及奉天的全部车皮秘密调往北京，原订的运兵计画遭到破坏。1911年11月7日，吴禄贞不幸被暗杀于石家庄，起义未能照计画进行。 横戈跃马、辽沈举义、屡遭挫折、挚友被难，并没有使蓝天蔚心灰意冷，怯步不前。为了推翻清王朝在东北地区的反动统治，夺取全国革命的胜利，蓝天蔚在东北三省继续开展斗争。
1911年11月6日，省城的同盟会骨干分子，如张榕、徐镜心、左雨农、陈干、商震等人集合在蓝天蔚的驻地北大营进行密谋筹画。大家共同推举蓝天蔚为关外革命军讨虏军大都督，作为关外革命军政府的领导人，计划于中旬驱逐清朝的东三省总督赵尔巽，宣布奉天独立。同时成立了革命的周边组织联合急进会。在省城的革命党人，会后分赴庄河、复州、营口、海城、辽阳、宁远、铁岭、开原、安东、凤城等地，准备发动武装起义。
1911年11月12日，按革命党人原计划，在谘议局召开奉天各界和各自治团体大会，蓝天蔚布置他的部下从北大营开进城内，准备大部分兵力进城后，占据总督署及重要库房。然而出乎蓝的预料，炮兵竟将炮口指向谘议局。这时蓝天蔚得知起义计画已被他手下的一个营长李和详告密，赵尔巽已调张作霖的旧军巡防队入城镇压革命。1911年11月14日，清廷撤销了蓝天蔚的协统职务。蓝天蔚的行动受到严密监视，处在十分危急之中，他的住所四周侦卒密布，几乎使他不得脱身。后来，他在友人蒋百里、伍祥祯的说明下，避开监视，易衣遁至大连。
蓝天蔚到大连后，在南满铁路的日本旅馆中所设的秘密机关内设立总指挥部，代表关外革命军政府与奉天省内各地革命力量联系，积极筹划全省起义。当时，大连是日本的租借地，日本驻华公使伊集院向日本外务大臣内田康哉报告：“蓝天蔚刻下正在大连，自称关外临时都督，已与复州、庄河、凤凰厅及辽中等地互通声气，准备举事。”在一切工作准备就绪后，1911年11月26日，东北各地的革命组织、革命团体发动起义，柏文蔚、商震、方刚、刘干等正式举天蔚为中华民国军政府临时关东大都督。蓝天蔚发布起义檄文，宣告：“武昌起义之后，全国回应，本都督奉军政府命，筹谋恢复关东一带，已经一月有余。一切布置，均臻完备。义师到处，行动文明，联合同胞，恢复关东三省，共图推倒清政府，辅助军政府，建立共和民国。”号令一下，革命的烈火迅速燃遍东北三省。东北是满清王朝的“祖宗发祥之地”，自蓝天蔚领导东三省起义以来，当局极为震动。清廷一方面增调兵力，拼命镇压东北各地的起义军；另一方面勾结日本政府，破坏大连革命指挥机关，抓紧搜捕蓝天蔚等革命党人。面对这种形势，为了使东北地区的革命斗争继续发展下去，取得最后的胜利，蓝天蔚决定亲赴南方，以取得对这一地区斗争的支援。1911年11月底，蓝天蔚由大连乘船经烟台前往上海。
率师北伐 直捣幽燕
1911年12月初，蓝天蔚由大连来到了上海。当时南方革命党人已光复上海、南京，各省革命党人纷纷集中上海，正在筹建临时政府。有些人被胜利冲昏了头脑，产生了“革命已经成功”的错觉；有些人则一味追求个人的官职与利禄，以至争权夺势，水火不容。看到这种情况，蓝天蔚十分痛心，泣告众人：“目前汉阳已被清军攻破，清廷正在进行最后挣扎，敌众我寡，大家齐心协力尤恐难于取得最后胜利，现在竟内讧起来，重蹈太平天国的覆辙，这怎么能行呢?”说罢举枪自击，击伤了左腕。蓝天蔚的言行使部分革命党人深受感动，他们遂于归好，而蓝天蔚的名望也由此日隆。
1911年12月25日，孙中山从国外回到上海，29日被17省代表会议推举为临时大总统。1912年 1月1日，中华民国临时政府成立。孙中山委蓝天蔚为参谋总长，蓝天蔚向孙中山详细汇报了北方斗争的形势，提出了占领东三省，进而从侧背直捣幽燕，一举推翻清王朝的战略设想。蓝说：“大敌当前，若有人怀苟安之心，功必败于垂成”，“若欲进取中原，规画全域，非从北部着手不可。某不敏，愿率一旅之师，为诸公前驱！”孙中山、黄兴等革命领袖认真听取了蓝天蔚意见，制定了革命军六路北伐的计画，其中有二路是烟台关外北伐军。由蓝天蔚担任这二路北伐军总司令，统率海陆军。1月3日，孙中山正式任命蓝天蔚为关外大都督、北伐军总司令。
1912年1月12日，孙中山从南京给正在上海准备出师北伐的蓝天蔚去电：“北伐之沪军即海容、海琛、南琛三舰概由贵督节制，以一事权。”1月16日蓝天蔚率领主要由参加上海起义的敢死队员以及青年学生组成的北伐民军数千人，刘基炎统领的沪军、许崇智统领的闽军、李燮和统领的光复军一道，分乘海容、海琛和南琛三艘军舰以及泰顺、新昌、公平等运输船由沪北上。他率领将士们斗志昂扬，齐声高唱从湖北传过来的军歌破浪前进！北伐军首先攻克烟台，与山东、关外民军会师，声势大振，直窥京津，把革命的烽火烧到了清王朝的大门前。蓝天蔚在烟台设立了北伐军根据地，并立即命令部队星夜兼程，分兵袭取了山东境内的登州、黄县，打通北洋门户。他在烟台庄严宣布：北伐军不日将开赴东三省攻略各地，东北将“克日光复”。为了给北伐军登陆作战创造有利的条件，蓝天蔚亲自乘船到大连，将当地分散的革命力量统一组织起来，并布置了各自分担的任务。在军事上，蓝天蔚派海容等舰只轮番在营口等处海面游弋，进行示威，牵制清军兵力。他还向日本关东都督发出照会：“切望贵国确保南满铁路之中立，对民军及清军，均应一律同等对待”，以便减轻民军的军事压力。在进行了政治、组织、军事、外交等多方面的准备之后，1月底，蓝天蔚接到临时政府陆军总长黄兴电令：“京师今已孤立无援，请贵军迅速依据预定计划，实行进兵北伐。”蓝天蔚当即下令，由海容舰掩护三艘运输船，送北伐军前往黄河北岸的花园口海面，作登陆的准备。他本人于31日乘永田十九号轮到大连亲自指挥。2月1日夜至2日晨，蓝天蔚指挥北伐军主力分别在辽东半岛的貔子窝、花园口、大孤山、安东等处同时强行登陆。在当地民军的密切配合下，北伐军与清军展开激烈的战斗，清军连遭重创，节节败退，溃走庄河方面。2月4日，清军试图反扑，遭民军有力反击，清军大败，统领被俘。蓝天蔚发布告示，针对清廷对人民强征苛捐杂税，宣布“免税令”，下令将民国元年以前积欠的“地丁钱粮，一概豁免”，“所有元年之土贷捐税”和“各属杂捐为地方所用者外”也“一概豁免”。在安民告示中，他又宣布了革命宗旨“建立共和政体，人民永保安康。”表明了民主主义的理想，产生了强大的社会动员作用。2月6日，北伐军占领重镇瓦房站，群众高呼“中华民国万岁!”2月10日，北伐军占领庄河厅城，商店、民宅纷纷悬挂革命军旗帜庆祝胜利。蓝天蔚率师北伐，粉碎了“勤王军”南下的计画，粉碎了清廷偏安东北的幻想，使垂死挣扎的清王朝更加陷入腹背受敌的困境。在北伐军浴血奋战长城内外，连战连捷之际，1912年2月12日，清帝被迫宣布退位，延续了二千多年的封建帝制终于结束了。
