吴玉章到日本后，就如饥似渴地学习各种新学问、新学说，并参加了一系列爱国学生运动，成为四川留日学生中的积极分子。
1905年，同盟会组织了对清朝官员的暗杀活动。吴玉章对在汉口谋炸两江总督端方进行了周密的谋划，对人员进行了培训，并负责在日本购置器材和筹措经费等。但此次行动却因为端方临时改变行走路线而未能实现。随后，吴玉章等人又计划集中力量去刺杀清政府最高掌权者、摄政王载沣，还有好几次暗杀活动，却都失败了，但暗杀是革命党人投向清王朝专制统治者的一枚枚爆裂弹，像惊雷，震撼着社会，惊醒了国人，激发了一些革命青年杀身成仁的志气，鼓舞人民进行反对封建专制主义的斗争。
吴玉章为发动广州起义，被分配到日本去负责购运枪支弹药，他不怕困难和危险，想尽了各种方法购买，向香港运送了五批军火。有一次吴玉章去购运军火，左右两个腋下各挂了千余发子弹，外穿一件日本和服，足蹬一双约四寸高的高底木屐，手上还打把伞。负担沉重，稍有不慎就会屐齿折断。谁知一走出秘密住所就遇见了两个警察，大家都为他捏了把汗，吴玉章却沉着冷静从容不迫地摆脱了警察，把军火安全运到了目的地。
还有一次，一位同志把120支手枪装在一个长不到2尺的皮箱里，引起了火车站管理人员的怀疑。此事如走漏风声，不仅从日本运送的几百支军火有损失，而且起义的密谋也会暴露。吴玉章知道后想了许多办法，居然把皮箱安全地取了出来，化险为夷。孙中山和一些革命党人对他都非常佩服。
