1909年初，返回湖北策划革命的孙武、焦达峰等设立共进会湖北分会，积极联络长江两岸会党，秘密编成五镇军队，孙武任总参谋。旋赴梧州参加广西温德城起义，事败后退居香港，经冯自由介绍加入中国同盟会，并改名武，假托孙文之弟的名义开展工作。不久，返汉口创办《雄风报》。孙武主张实行“抬营主义”、“借矛夺盾”，由联络会党转而运动士兵。

1911年9月24日，孙武被武汉共进会、文学社等团体推为主席，准备组织武昌起义，并被推为革命军参谋长。10月9日，孙武在汉口俄租界宝善里试验炸弹，爆炸负伤撤退，引起清军大搜捕，致使革命党人于10日仓促起义。

武昌起义后，孙武任湖北军政府军务部部长。

孙武一贯认为武昌首义之功在于共进会，他自湖北军政府成立之初便以“功臣”自居，与黎元洪勾结，打击排斥异己。南北议和期间，孙武赴南京，希望谋得临时政府陆军次长一职，为黄兴所拒。忿忿之下，竟脱离同盟会，自立“民社”，拥护黎元洪、袁世凯。他的这种做法引起了湖北革命党人的不满，1912年2月27日，湖北发生倒孙暴动，以打击孙武为主要目标，孙武被迫在同年3月辞职，自行引退。

1913年4月，任进步党理事。

1915年12月，任袁世凯政府参政院参政。

1916年6月，授将军府义威将军。

1922年，湖北督军萧耀南委孙武为汉口地区清查督办。

1926年夏，任湖北地区清查督办。国民革命军北伐军抵武汉后，孙武退居北平。

1939年11月10日，（一说12月10日），孙武病逝于北平拈花寺，终年60岁。

孙武是清朝末年革命党在华中一个重要的革命团体共进会的负责人之一。1911年10月9日，武汉的天气已经很凉了。俄租界宝善里14号 ，一群年轻人正在忙碌着：孙武靠着窗户，仔细地用洗脸盆检验着炸药；丁立中、李作栋在一个圆桌上加盖钞票印章；王伯雨则正在清理文件；邓玉麟出去了，买表没有回来。

引起爆炸的那个“冒失鬼”并不是革命党，而是武昌革命党人推举的总理刘公之弟刘同。在这个机关要地，刘同常来常往。那一天，刘同漫不经心，站在旁边看孙武检验炸药。结果，他吸的香烟烟灰，落在了炸药上。

顿时，一声巨响。孙武的头部和脸部都受了伤，王伯雨的右眼也被飞溅的炸药灼到。李作栋连忙取下长衫，蒙住孙武的头，与丁立中一起将他扶往同仁医院。

危急中，人们准备将文件和名册带走。但钥匙不在，无法打开柜锁。很快，俄国巡捕从四面八方赶来，刘同被抓。刘同被捕后，供出了他所知道的各革命机关的地址。随后，湖北地区三位革命党领袖刘复基、彭楚藩、杨洪胜先后被捕，英勇就义。

此时，同仁医院里的孙武捶胸顿足、矢志复仇。15天前，由孙武在武昌胭脂巷主持的秘密会议上，制定起义总行动计划的人正是刘复基。

意外爆炸使起义的准备再也无法从容进行。孙武对邓玉麟说：“宝善里失事，机密全泄，名单抄去，清吏必按名搜捕。只有马上动手，还可死里求生。”

此后，一声枪响。武昌起义，推翻了腐朽的清廷。

而孙武因为养病没有参加起义壮举。他本是革命党内定的武昌都督，因为他不在，群龙无首，方推举与革命党毫无关系的黎元洪。但孙武的大名，仍是武昌起义初期响当当的人物。当时大家都知道革命党的领袖是孙文，以为孙武是孙文的兄弟，这对当时革命士气，有很大帮助。后来他任军政府的军务部长，蒋翊武和张振武都是副部长。