1903年3月陈天华以优异的成绩被选送到日本留学，进入东京弘文书院学习师范科。此时在日本的留学生已有几千人，他们无论是公费生还是自费生，一到日本就被日本蒸蒸日上的社会形势所感染。日本是当时中国进步青年一心向往的求学之地，那里先后聚集了黄兴、蔡锷、秋瑾、鲁迅、吴玉章等一大批革命先驱，他们“为求富国强兵策”，“只身东渡挟春雷”，在日本一边求学，一边进行宣传民族革命和民主思想活动。日本民主的政治气候、发达的经济状况、开放的思想意识和专制主义的满清王朝形成了鲜明的对比，一种改变中国贫困落后面貌的爱国主义热情在他们心中升腾，促使他们当中的大多数都投入了爱国救亡的浪潮。陈天华一到日本，立刻就被留日学生中浓郁的革命气息所感染。那些当时在国内闻所末闻的“大逆不道”的言论，使他感到痛快淋漓。陈天华如饥似渴地学习达尔文《进化论》、卢梭《民约论》、《美国独立檄文（宣言）》等西方启蒙思想家的著作，寻求救国救民的真理。同时，他还积极参加了爱国宣传活动。虽然因时间太紧日语还不够流畅，但置身于浓郁的革命气氛中，他的思想却发生了迅速而巨大的变化。
陈天华到日本后不久，沙俄政府单方面撕毁《中俄交收东三省条约》，拒绝从我国东三省撤军，还蛮横地向清朝政府提出7项新的侵略要求，企图永远霸占我国东三省。沙俄的无耻行径，激怒了中国人民，一场声讨沙俄的拒俄运动大举爆发了。
那天，陈天华刚从图书馆出来，迎面碰上了匆匆走来的黄兴。黄兴也是湖南人，和陈天华的关系很密切，他们经常一起参加活动。
“黄大哥，你这么匆忙，干什么去？”
“唉呀，可找到你了，我正急着找你呢？”
“出了什么事？”陈天华急切地问。
“找个地方坐下再说。”黄兴和陈天华出了图书馆，在路西的一棵大树下坐定。
“你知道八国联军进北京时俄国人兵分两路吧？”
“知道。”陈天华点头，表示肯定。
“他们进北京的那一路和各国一起活动，烧杀淫掠，而另一路则占领了东北大片土地。《辛丑条约》签订后，他们答应两年内撤兵，现在时间已到。”黄兴说到这儿停了一下。
“怎么样？”陈天华焦急地问。
“国内传来消息，沙俄不准备撤兵，还提出无理要求。”
“他这是欺我们软弱，朝廷岂能认可！”
黄兴叹了口气：“唉！朝廷已被他们打怕了，少不了还得让步。”
“那怎么行！”陈天华急了，两道眉毛也竖了起来。
“所以我想发动留学生掀起一场拒俄运动，既促动朝廷，又威胁俄国，你看如何？”黄兴说着把目光转向了陈天华。
陈天华毫不犹豫，立刻表示赞同：“我们这就分头去活动。”
1903年4月29日，在樱花辉映的锦辉馆，拒俄集会如期举行。到会的有几百人，大都是身穿制服的中国留日学生，他们一个个面带激奋，三五成群地议论着，有人慷慨激昂，挥舞着拳头，有人则眼含泪水，一脸悲愤。陈天华觉得时机已到，和黄兴商量了几句，率先走上了讲台：
“同胞们，大家已经知道了东三省面临着存亡的危机！我们都是中华子孙能看着祖国领土被霸占而袖手不管吗？”
“不能！”
“不能！”台下的学生高呼起来。
“对，我们不能不管。今天发起这个大会就是要成立一支拒俄义勇军，开赴东北战场与沙皇俄国作战，有志愿者，请报名。”
陈天华说完径直走到义勇队名册前，在“敢死簿”一栏里添上了自己的名字。
同是文弱学生，都在青春之年，陈天华能做到的，他人为什么不能。在陈天华的带动下，人群里不断有人走上台来报名。
这时，一位身材瘦小，戴着眼镜的女同学也走上台来，她环视台下，没等讲话先已流下泪来。
“我是个女儿身，不能扛枪打仗，但眼见着祖国的大好河山遭人践踏，我们有什么脸面在异乡享受平静的生活！我也报名，我愿意随军担任看护，以尽自己微薄之力。”
说完，她含泪转过身去，在名册上签上了自己的名字。
这个女学生的举动震动了在场所有的人。名册簿前排起了队，出席大会的大部分人都签了名，拒俄义勇军成立了。
他们放下书，丢下笔，起早贪黑地进行训练，就等着一声令下开赴东北战场。
这天，陈天华与黄兴一同来到清朝驻日使馆，求见驻日公使蔡钧。等了好久，他才慢悠悠地出来，手里端着烟袋，背后拖着又粗又长的辫子，一看就是个腐朽的官僚。
“找我什么事啊？”他一屁股坐在太师椅上，眼皮也没抬一下。
“我们听说俄国拒绝撤兵东北……”没等黄兴说完，他就接话了：
“俄国不撤兵和你们有什么相干？”
陈天华非常生气，朗声说道：“我们是中国人，他霸占我们的国土，当然与我们相干。”
“嘿？”蔡钧被撞了回去，这才抬起头来上下打量着陈天华、黄兴两人，然后又垂下厚眼皮，怪声怪气地问道：
“相干你们又能怎样？”
“我们已经组织了拒俄义勇军，正在加紧训练，派回国内的学生也组成了同样的队伍。希望蔡大人向朝廷联系，让我们开赴东北战场，参加战斗。”陈天华激昂地说。
“什么，你们组织了军队，还要参加战斗？”蔡钧像挨了一掌似的，猛地从椅子上站起来，“你们是想谋反，好啊，你们不说我还不知道，你们在国内也组织了军队，立即给我解散，否则有你们好看。”他恶狠狠地瞪了陈天华一眼，不等他们辩解就走了。
蔡钧觉得自己立功的机会来了，他一面拍电报回国声称东京留学生尽为革命党且已回国活动，要求清廷查拿严办，另一方面勾结日本当局干涉留学生的活动，不久拒俄义勇军在日本警方的威逼下被迫解散了，爱国学生的一腔热血付之东流。
那天，陈天华等人不约而同地来到黄兴的住处，有人带了酒，有人买了干牛肉，黄兴拿出几盘小菜，大家围桌而坐，默默饮酒。愤闷、不满与仇恨随着杯酒在每个人心里积压、膨胀，最后终于爆发了。
陈天华举起一大杯酒，一饮而尽：“这是什么道理啊，报国无门，爱国有罪！”他大声喊着，将手里的酒杯摔得粉碎。
“清政府拿我们百姓的山河不当事，只保他们的统治权。”
“说得对！”陈天华接过黄兴的话，“朝廷已成了洋人的朝廷，成了洋人统治我们的工具，这样的朝廷我们要他何用？”
“砸了他！”
“砸了他！”
几个人都站了起来，把手中的杯子当成卖国政府狠狠地摔在地上。
“大家请坐下，我们好好讨论一下，成立一个反清爱国组织怎么样？”黄兴及时引导大家把反清的情绪转向具体行动。
见大家都平静下来，黄兴谈了自己的想法，“我们这个组织应当以宣传反清爱国为目标，但要以合法的形式在日本立足，这样才能既达到目的，又设法存在下去。”
陈天华沉思了一会儿说：“我们就搞一个军国民教育会，提高国民的军事素质，同时下设几个部搞起义、暗杀、宣传。”
“嘿，不错。清政府和日本都无词干涉，大家认为怎么样？”黄兴把目光转向其他人，大家都没有异议。
全国群众性的拒俄运动，吓坏了清朝政府，由于统治者奉行“宁赠友邦，不与家奴”的卖国政策，认为留学生“名为拒俄，实则革命”。所以谕令各省督抚对有革命意图的归国留学生，“随时获到，就地正法”。如此，爱国成了有罪，抗俄救亡变成了谋反叛逆，清政府已完全成为“洋人的政府”，人民的仇敌。要保卫中华民族，就必须推翻清朝政府，在拒俄运动的现实中陈天华也成长起来，开始从一个热烈的爱国者，变成了坚决的革命斗士。
1903年5月11日陈天华与黄兴、蔡锷、秦毓鎏等青年志士，不顾清政府和日本政府的高压，以被迫解散的原拒俄义勇队为基础，组织了革命团体“军国民教育会”，并制定了“养成尚武精神，实行爱国主义”的武力反清新宗旨。矛头直指卖国的清统治集团。同时，陈天华还自认充当从事宣传革命和筹备起义活动的“运动员”，愿自备费用返湖南筹措经费，开展活动。当年初夏至仲秋，他参加编印《游学译编》、《新湖南》两本革命刊物，发表《论中国学生同盟会之发起》、《复湖南同学诸君书》等许多文章，积极宣传革命。
10月，沙俄宣布中止中俄有关东三省问题的谈判，派兵重新侵占奉天省城，并限令东三省的中国官员在一个月内出境。气焰万分嚣张的沙俄，企图把中国东北变成自己的领土。国难日亟，陈天华只觉天地塌陷，他大声疾呼“要革命的，这时可以革了，过了这时没有命了”，号召人民奋起革命，为保卫祖国的独立和民族的生存而英勇战斗。悲愤至极，他决定不再留在海外仅作宣传，而要能言且能行，回国直接参与反清救亡，立志以捐躯报国。
