云南辛亥“重九起义”成功，成立大汉军政府，周沆任外交司司长。同年十一月，贵州宪政党人密派戴戡入滇，与周沆联系，串联旅滇黔人促蔡锷遣滇军入黔。周沆多次进见蔡锷，促其令唐继尧出兵。民国元年3月1日，周沆先于滇军到达贵阳，即向自治社人发出“立即交出军政大权”的最后通牒。3月3日，滇军进入贵阳，颠覆贵州大汉军政府，成立临时都督府，唐继尧自任都督，周沆任政务长。4月，周沆见宪政党人在贵州威望不高，遂与戴践、刘显世等发起组建贵州统一党支部，草拟章程28条，为宪政党人粉饰张目，攻击贵州“驱唐”运动。8月，袁世凯委周沆任贵州司法筹备处长，随即荐周沆为参议员。周沆惧唐继尧生疑，不就。后唐继尧委周沆任黔东观察使。次年下半年，袁世凯委唐继尧任云南都督，周沆随行，任云南都督府高等顾问。不久，大理驻军响应孙中山号召，举行第二次革命，袁世凯令唐继尧星夜兼程进剿，周沆“赞襄戎务，洞悉机宜”。事平，袁世凯奖给三等嘉禾勋章，且令唐继尧将其材料送交国务院参事室存记优予擢用。民国4年，袁世凯的称帝活动越演越烈，蔡锷与梁启超、蹇念益等7人于天津开会，策划反袁策略后，绕道返滇发动护国反袁战争。袁世凯密令时任蒙自道尹的周沆与阿迷(今开远)县知事张一鲲“务须跟踪谋杀”。周沆与张一鲲策划，待蔡锝列车行至碧色寨站后，以上车欢迎或设宴放毒谋杀。后因唐继虞带警卫部队和宪兵加强警卫，未能得崖。阴谋败露后，张一鲲被捕处死，周沆经越南逃至香港躲避。