秋瑾在办报的同时，还与陈伯平等人暗制炸药，不慎将手炸伤。为了躲避巡捕的追查，秘密地住在吴芝英家。（当时吴芝英已与丈夫居住在上海）1907年初一个冬日的下午，徐锡麟派浙江寻阳会党头目王金发找到秋瑾。秋瑾久闻具有传奇色彩的人物王金发，不禁欣喜万分。晚上秋瑾备酒待客，两人都是性格豪爽之人十分相投。原来徐锡麟已经捐官，被派往安徽，特邀秋瑾去绍兴主持大通学堂的，担负浙江方面组织起义的工作。徐锡麟到安徽后发展革命力量以求日后两省呼应，进取南京。两人还畅谈了各地风起云涌的革命斗争，一致认为这是武装反清的大好机会。这时筹办《中国女报》之事，基本就绪。秋瑾高兴地接受了徐锡麟的邀请，心情激动，不禁挥刀起舞，边舞边对王金发说：“新的战斗就要开始，驱除鞑虏，解放千万同胞的重任在我们身上，我觉得太激动太兴奋了！”
秋瑾于1907年农历正月，正式接任大通学堂督办，主持学堂各项具体事务，为武装起义作准备。
大通学堂全称“大通师范学堂”，是徐锡麟、陶成章在1905年创办的。当时清政府正搞废科举，办学堂，在绍兴主持光复会活动的徐、陶两人，便以办学掩护革命活动，还可以培养军事人才。徐锡麟选中了家乡东浦大通桥旁的大通寺作校址，可他父亲思想顽固，反对儿子办校，最后改在绍兴城内的豫仓开办，但校名仍为“大通”，大通学堂明确训练学生兵式体操，声言今后毕业的学生将帮助政府实施征兵，为本乡办团练等，为了避免被怀疑改称“大通体操学堂”。徐、陶等人还设法从上海购买了50支枪、两万发子弹。
从上海到达杭州后，秋瑾先在西湖南屏山下的白云庵里与徐锡麟等人会面，共同商讨今后的活动方案，拟定安徽、浙江两省同时起义，以安庆为重点，绍兴为中枢，金华、处州（今丽水）等地同时发动，占领两省重镇之后，攻取南京。安徽方面由徐锡麟负责，浙江方面由秋瑾负责，陈伯平负责两地的通讯联络。方案确定后，徐锡麟慷慨激昂地表示：“法国革命80年始成，其间不知流过多少热血，我们处在革命初创阶段，也应当不惜流血，我这次到安徽去，就是准备流血的，请各位切不可存退缩的念头！”
秋瑾主持大通学堂之后，每天或骑马，或乘船来往于和畅堂住所与学堂之间，早出晚归把精力全部投入到繁忙的工作中。她经常身穿男子体操军衣，怀藏勃郎宁手枪，腰佩倭刀，骑着马指挥学生进行严格的军事训练。据当时在大通学堂读书的学生回忆说：“除星期日外，每天第一课起，三课兵式体操要跑几里路外的大校场去操练。有时朝露未干，青草没胫，教师喊五百、六百米达卧倒，预备放，学生们不问马尿牛粪，毫不忧豫地卧倒下去，并假想敌人在前，眼亮手准地动作起来。”严格的军事训练，使学员克服了散漫习气，掌握了简单的军事知识。武装斗争中的骨干，在大通学堂中成长起来。
大通学堂办得红红火火，却遭到地方劣绅的反对。他们不仅仇视秋瑾男装骑马带兵的举动，更竭力阻挠秋瑾筹办“体育会”，招收女生，组织女国民军。还在农历二月的一天散发传单，攻击大通学堂为“匪巢”。师生们很痛恨这些劣绅的卑鄙行为，绍兴知府贵福反而训斥学生“不安分”包庇了劣绅。
与清政府官员建立必要的关系才能掩护革命工作，减少土豪劣绅的干扰。秋瑾通过贵福幕中一位姓徐的亲戚，结识了贵福。在大通学堂开学典礼时，请贵福和山阴、会稽两县知县到会致颂词。贵福为附庸风雅，将秋瑾的别号“竞雄”两字拆开，凑成一副对联”竞争世界，雄冠全球”送给了秋瑾。有了这顶“保护伞”，尽管劣绅们仇视大通学堂和秋瑾，但不敢公开反对，同时也掩护了革命党人的地下活动。
革命形势发展迅速，为了及早做好武装起义的准备工作，秋瑾不辞辛劳，经常披一条黑色羊毛围巾，奔波于金华、义乌、杭州等地，秘密联络会党、新军、武备学堂和弁目学堂，宣传联合起来共同抗清的思想，积极发展革命组织。
会党是当时以孙中山为首的资产阶级革命派对一切主张反清复明的民间秘密团体的称呼。浙江是会党历史悠久，分布很广的省份，会党势力几乎遍布全省。各会党有自己口号、暗号、规矩，只有联络起来才能统一行动。有一次，秋瑾只身奔波兰溪找当地会党头目蒋乐山，劝他抓住时机与其它力量同心协力共同举事。她还写了一首长诗赠给蒋乐山，诗中充满了对蒋乐山的希望和勉励，“画龙须画云中龙，为人须为人中雄。豪杰羞伍草木腐，怀抱岂与常人同？”“协力同心驱满奴，宗旨同时意气洽，危局如斯敢惜身？愿将生命作牺牲。”经过秋瑾的努力终于将各地会党以结盟形式团结、统一起来。各会党首领倾服秋瑾的英气豪骨、肝胆卓见，都愿服从秋瑾的指挥。
联络会党的同时，秋瑾还在新军和武备学堂、弁目学堂中做工作。
新军是清政府为了维护其摇摇欲坠的统治，于1894年开始筹备编练的新式陆军。新军使用新式武器，实行征兵制。1905年起在全国各省普遍编练，到光绪末年，全国已编成九镇（每镇相当于一个师）。新军的军官是国内各军校的毕业生或者留学回国的学生，士兵则多数是破产的农民、手工业者。其中有不少官兵，虽然身在清朝军队中，但经受过革命思想的熏陶，耳闻目睹清朝统治的腐败，不满现状同情革命。因此，新军是革命党人争取的重要力量。
浙江武备学堂坐落在杭州城东蒲场巷，是培养中下级军官的学校。1906年至1907年在杭州的新军中很多学生毕业于武备学堂。杭州的同盟会员和光复会员，主要是这个学堂的学生，同时这里还是辛亥革命时期杭州革命党人活动的主要基地。弁目学堂是蒋尊簋（浙江籍参加同盟会的第一个人，当时是杭州第二标标统），在1906年筹编新军第二标（相当于团）时创设的，培养军队班长一类的初级干部。
秋瑾多次到杭州，有时登上紫阳山，有时泛舟西子湖，在山路间在小船上与武备学堂、弁目学堂的学生或新军中的官兵秘密联络，为了在起义时能顺利地进攻和占领各要害之地，秋瑾还秘密察看了杭州城厢内外的街道和出入路径，绘制成军事地图。
短短的几个月里，秋瑾已经同浙江各地会党、驻杭新军、武备学堂和弁目学堂的学生，建立了密切的联系，共吸收600多人加入光复会，扩大了革命力量。
为了便于指挥分散在各地的会党，有利于武装起义时统一行动，秋瑾于1907年45月间，把所联络的会党统一编组为16级，以“黄河源溯浙江潮，为我中原汉族豪。不使满胡留片甲，轩辕依旧是天骄”这首七绝诗为标记，从“黄”字到“使”字16个字代表16个等级。“黄”字为“首领”，由徐锡麟担任，“河”字为“协领”，由秋瑾担任，“源”字为“分统”，由各会党首领担任，“溯”字为“参谋”，以“洪门”、“红旗”担任，“浙”字以下为部长，副部长等。各级职员都有金戒指为记号，戒指中嵌入表示自己职衔的那个字，或嵌英文字母A、B、C等代替。
5月中旬，秋瑾在杭州白云庵召集了浙江各会党和军学界首领的秘密会议，正式组织光复军。徐锡麟从安庆赶来参加会议。他们把会党和光复会编成八个军，用“光复汉族，大振国权”八个字作为每一军的编号，总称“光复军”。每个军都设置包括大将、副将、参谋等13个军职。规定以白底黑色“汉”字为军旗，以内书黑色“复汉”两字并盖上图章的黄色小三角形旗作为顺旗。还规定了军服、头布、肩章、胸带等的具体式样。至此，武装起义的组织工作大体就绪。
即使在紧张地从事武装起义的组织工作时，称瑾也没有忽视宣传的重要性。她用热情激越语言写下了很多诗词、文章，包括准备在起义后随处张贴的《普告同胞檄稿》、《光复军起义檄稿》等文件。这些重要文件，藏在大通学堂的寝室里，以备起义时宣传、教育和发动群众。
武装起义的组织、宣传工作基本就绪后，秋瑾等人开始着手光复军起义的具体行动计划和日期。准备先由金华起兵，处州响应，待杭州清兵前去镇压时，绍兴起义军立即渡钱塘江袭击杭州，与驻杭州的新军及武备、弁目两学堂的革命党人，里应外合，一举夺下杭州。若此计划不成，则起义军返回绍兴，取道金华，经江西入安徽，与徐锡麟的起义军会合。在浙江起义的同时，徐锡麟也在安庆发动起义，两省配合争取先占各省要地，然后会合夺取南京。起义的行动日期初步定于1907年7月6日。
起义需要武器，这是取得胜利的重要条件。秋瑾又开始为购买武器四处筹款，她再次找到徐寄尘求援。情同手足的姐妹为了革命遇到困难岂能不助！这次徐寄尘把自己的全部首饰拿出来（约值30多两黄金）交给秋瑾，平时豪放的秋瑾感动得久久握着徐寄尘的手，说不出一句话。一会儿，秋瑾取出身藏的一对翠钏送给徐寄尘留念，并共同回忆起前两个月二人在杭州登山时的情景。
阳春3月，杭州一扫冬日的阴冷，春光明媚。秋瑾约徐寄尘去登山，来到风凰山顶鸟瞰西湖全景，一派迷人景色：泛着新绿的垂柳随风轻舞；初绽的桃花一片粉红似朝霞落地；西子湖面波光涟漪轻舟点点，远处群山迭嶂，树木葱笼，间或有轻烟袅袅升起。祖国大好河山却遭到列强侵占和清政府的腐败统治，一股激情涌上秋瑾的心头，不禁涕泪纵横。走下山来到岳飞墓前，秋瑾久久徘徊于此，脑海中浮现出南宋被金欺辱的景象和岳飞气吞山河的感人诗词《满江红》，想到自己正在为国家前途奔波。
“你是否希望死后也埋葬在西湖边？”徐寄尘见她沉思良久，不禁轻声问道。
“如果我死后真能埋骨于此，那可是福份太大了啊！”秋瑾无限感叹地回答。
“如你死在我前，我一定为你葬在这里，但如果我先死，你也能为我葬在这里吗？”徐寄尘又问。
秋瑾笑道：“这就得看我们谁先得到这个便宜了。”
回想起这些谈话，秋瑾缓缓地向徐寄尘交待：“如果我不幸牺牲，愿你能把我埋在杭州的西泠。”临别时又留下一张小照。秋瑾已意识到这次武装起义事关重大，自己很可能付出宝贵的生命。这时她已作好为国牺牲的思想准备。