1906年冬，同盟会总部命令熊克武返川，与谢奉琦、黄树中共同主持四川同盟会工作，联络会党展开武装斗争。熊克武先到重庆、泸州等地与朱之洪、谢奉琦、佘英会见，然后到成都与黄树中于草堂寺召开武装斗争的秘密会议，到会的有张培爵、陈伯珩、黄金鳌、余切、龙光等30余人。
会后，熊克武化名邱济川，赴重庆、泸州、宜宾、屏山、井研、永宁、永川等地去联络革命党人，设立机关，发展同盟会员和委派负责人，为发动武装起义奠定基础。 1907年10月1日，他与佘英、谢奉琦等在江安、泸州组织武装起义，因事泄失败。随即赴成都，又与黄方、杨维、谢持等于10月4日举行武装起义，亦因事泄失败。尽管泸州和成都起义失败了，但四川党人并没有气馁，他们急图再举，发誓要替死难同志报仇，并决定12月13日晚在宜宾再次组织起义。
然而，因叛徒雷东垣将起义的全盘计划向官府密报，起义再次夭折。 1908年春，熊克武和佘英潜往日本东京购买枪弹，在吴玉章、宫崎寅藏的协助下，购得手枪30余支，子弹2000余发，于冬天转运回了四川。其后，他和佘英、曾省斋等人决定于1909年2月10日在广安发动武装起义，由佘英、熊克武率队伍分别进攻巡防营和州署。熊克武率队伍进攻州署时，没有遇到任何抵抗，原来在州署值班的堂勇不多，一听枪响便全吓得躲起来了。
巡防营位于州署的坡下。这时还没有传来一点枪炮的声音，熊克武很感奇怪，又想到如果巡防营的人包围上来，内外夹攻，那就不好办了，只得临时改变计划，不再继续留在州署搜捕知州，立即转攻巡防营。巡防营的门卫也同州署的门卫一样不堪一击，熊克武率队突破大门后，便和秦炳、王松廷各带数人分头搜索两边营房。突然，州署堂鼓一阵大响，熊克武一听便知道这是敌人传集救兵的信号，果不出所料，当他们刚离开巡防营大门，从州署方面来了一队人马。熊克武命令陈旭光、何宗绪立即带领部队从西门撤出城外，他与秦炳和易中断后。广安起义也失败了，但这是一场硬仗，扩大了革命影响，动摇了清王朝在四川的根基。
不久，百折不挠的熊克武又组织了嘉定起义，因为屡败屡起，他名震川北，成为家喻户晓的英雄。 1911年4月，孙中山决定举行“广州起义”，熊克武奉命率敢死队攻打两广总督府。
27日下午5时半，熊克武率领由喻培伦、但懋辛、秦炳、饶国梁等16人组成的小分队，炸开两广总督署后墙，冲进督署去捉张鸣岐，但张已闻讯逃跑。小分队与清军水师又在莲塘街北口展开激战，最后被敌人分割包围。在战斗中，熊克武与大家失去联系，在当地群众和同盟会党人的掩护下，辗转回到香港。
1911年10月10日武昌起义爆发，四川革命党人纷纷由海内外各地聚集上海。大家认为各省联军还未攻下镇江，进占南京不知何时，即使南京收复了，武汉也只是进攻北平的第一站，各省联军踊跃参加，川省当然不可落后，应该迅速组织军队，积极参加，于是众人公推熊克武组织蜀军参加北伐。 1912年1月，孙中山在南京就任临时大总统，宣布成立中华民国，任命黄兴为陆军总长兼总参谋长。不久，南京临时政府陆军部即正式行文授熊克武为左将军蜀军总司令，并赋予组建蜀军的全权。1912年2月23日上午，熊克武率领蜀军至南京下关码头乘轮船返川，于3月15日抵达重庆。
蜀军刚回川，便有革命党人前来向熊克武揭发下川东都督刘汉卿的问题。刘汉卿原是盐防管带，拥有巡防军千余人，此人老奸巨猾，善见风使舵，辛亥冬见清朝大势将去，便于1911年11月25日宣布反正，就这样窃据了下川东都督的要职。但刘反正后，恶性不改，仍继续贪污作恶，残杀革命党人，民愤很大，于是，熊克武决定消灭刘汉卿及其巡防军。
1912年4月10日拂晓，熊克武一声令下，蜀军全部出动，万县城内外军号齐鸣，震天动地，新式山炮显威风，发发命中巡防军营地，仅半天工夫，刘的巡防军便被打垮了，刘汉卿被活捉，根据罪行，立即被枪决。
4月下旬，成都、重庆两军政府合并，改称四川军政府，原重庆军政府改组为重庆镇抚府，袁世凯在四川的走卒、原军团长胡景伊继任总长。
蜀军改编为川军第5师，熊克武任师长兼重庆镇守使，黄金鳌为川东宣慰使，驻守重庆，实行军民分治。从此，重庆政局得到暂时安定。 1913年3月宋教仁被刺案件发生；不久又非法向帝国主义借款，作为发动内战、镇压革命力量的经费。
6月，袁又公然下令解除江西、安徽、广东三省国民党都督李烈钧、柏文蔚、胡汉民的职务，并派兵南下，发动反革命内战。熊克武凭着自己敏锐的政治嗅觉，预感到一场革命和反革命的较量已不可避免，于是迅速整编军队，实行新的建制，将第5师改编为4个步兵团、1个骑兵团、1个炮兵团、1个工辎兵营，并将蜀军将弁学堂速成班中的优秀毕业生刘伯承、郑经武、张志芳、高建勋等编入第5师，以加强中下级军官的力量。
1913年7月，“二次革命”爆发。熊克武响应孙中山的号召，积极进行反袁的武装准备。
7月12日，江西都督李烈钧在湖口起兵讨袁，并发表讨袁通电。接着宁、粤、沪、皖、闽等省区亦相继宣布独立讨袁。消息传到重庆，熊克武十分欣喜，立即邀集重庆的国民党负责人和第5师部的同志共同开会研究出兵讨袁事宜。
7月底，熊克武在师部召集重庆同盟会负责人、第5师师部及旅团级官长联席会议，正式决定通电全国，宣布四川独立。会上，大家一致推举熊克武为四川讨袁军总司令，杨庶堪为四川民政总厅长。熊、杨率部西上讨伐胡景伊，迅速攻取了永川、荣昌、隆昌、内江等地，直逼泸州。胡景伊一面命川军4个师出兵抵抗，一面电告袁世凯增援。
1912年8月14日，袁世凯专电川督胡景伊，在对熊克武进行了一系列恶毒攻击后，即宣布褫革他的“军官军职”，并责成胡景伊“饬所部严拿惩办”。还告诉胡，已命令“滇、黔、陕、甘、鄂五省都督，酌拨劲旅，会同兜剿”。
1912年9月13日讨袁失败，熊克武被迫解散部队。战事刚停，袁世凯立即布告全国，除将熊克武、杨庶堪列为首犯外，还列出名单108人，要求“各省都督民政长……一体按名严行查拿”。熊克武只得化名陈颐丰即由黔北转湘西，经汉口到上海，然后逃到日本东京。 1914年7月，孙中山在东京组织中华革命党，熊克武参与商议，尽管他在思想认识上比较倾向黄兴，但为了维护孙中山先生的声誉，乃决定加入中华革命党，并于7月8日前往驻地精养轩参加了成立大会。第一次世界大战爆发后，一部分未参加中华革命党的同盟会会员，李根源、钮永键、邹鲁、程潜、李烈钧等20余人，在东京组成欧事研究会。
熊克武一则关注欧战场的发展，一则与欧事研究会的许多成员交谊甚厚，感情比较接近，因而也参加了欧事研究会。熊克武参加欧事研究会后，便很少参加中华革命党的活动，因此与孙中山先生的关系日渐疏远。四川的多数同志都是中华革命党的积极拥护者，熊克武也与四川的同志日渐疏远，产生了隔阂，引起了四川同志对他的不满和非议；加上熊克武讨袁的失败，受到众多责难，熊便去南洋追随黄兴了。 1915年11月，为了反对袁世凯称帝，熊克武先回上海联络革命党人，后到香港与李根源等出名借款十万元去昆明，参与蔡锷、唐继尧发动的讨袁护国之役。
12月10日，熊克武抵达昆明，19日，熊克武、但懋辛等随护国军第一支队邓泰中出发，向叙府挺进，地方团队和旧部纷纷前来请熊收编，于是熊克武被护国军总部委为四川招讨使。
滇军入川后，最初战事较为顺利，但后来战事持久，泸、纳战役相继失利，所有的部队都调到了前线，这时，熊克武便向蔡锷建议，由他出面组织军队。经同意后，1916年1月，熊克武被委为四川招讨军总司令，率领一支5000人的军队，与滇军并肩作战，讨伐川督陈宦统帅的北洋军。
5月22日，陈宦正式宣布四川独立，向护国军请求停战。
6月，袁世凯病死后，护国之役告终。
8月，熊克武重新被委为第5师师长兼重庆镇守使。
为了争夺四川的军政大权，以罗佩金为首的国民党与川军第2师师长刘存厚从1917年4月18日开始，在成都展开激战，滇军战败，罗佩金被迫退出成都。以戴戡为首的进步党又与刘存厚在7月5日于成都展开激战，戴戡被困在皇城，在城破无援的情况下，被迫于7月17日向刘存厚交出督军和省长印，率黔军撤离成都后走投无路，被迫拔枪自杀。熊克武因不愿蹂躏地方，两次激战均未出兵参加。 1917年7月，段祺瑞、冯国璋倒行逆施，废除临时约法和国会。
8月下旬，孙中山先生倡议“护法”，在广州成立护法军政府，被推选为大元帅。
11月13日，为了打击入川北洋军，在唐继尧的统一部署下，滇军顾品珍部和黔军王文华部联合袭击重庆，熊克武于12月13日在重庆通电拥护“护法”。
1918年1月9日，他在重庆正式就任唐继尧委任的四川靖国各军总司令，率部与滇、黔军联合讨伐北京政府在四川的督军刘存厚。
1918年2月25日，熊克武部攻克成都，刘存厚败退陕南，在段祺瑞的庇护下，设四川督军署于汉中。 当时，孙中山没有经过商量，就抢先委任吕超为四川督军，吕超以唐继尧、熊克武势大，不敢就职，1918年2月25日，唐继尧任命熊克武为四川督军兼省长。赵又新任四川军务会办，王文华任重庆镇守使，顾品珍任叙泸镇守使，叶荃任夔万镇守使， 1918年3月8日，孙中山无奈，被迫以军政府大元帅名义，正式任命熊克武为四川督军，杨庶堪为四川省长，望熊“即刻日就职视事，肃清余逆，分命师旅，会师大江，以集大勋，而竟护法之责”。
