在声名狼藉的另一面，应桂馨还一直暗中支持反清革命。他在1894年任皖南捕营管带时曾抓获革命党人龚照，反而被其感化，决定弃官投身革命事业，多次秘密接济革命党人。辛亥革命时参与上海光复，被沪军都督陈其美委任为谍报科长，孙中山来沪时负责照料，并护送孙中山至南京就任临时大总统，孙中山任命应桂馨为总统府卫队司令，后兼庶务长。应桂馨“办菜每席开支银五元，后减至一元，菜与五元相等”，被总统府发觉后即遭斥革。1912年7月1日，应桂馨纠合青帮、红帮等江湖势力，成立了中华国民共进会，自任会长。然该会成立后到处闹事，危害社会治安，尤其是在1912年9月制造了湖北马队兵变，被黎元洪镇压后查明应桂馨为主使，于是严加通缉。不久后，内务部秘书洪述祖以调查水上警察事宜为名来上海，实际上带着袁世凯招安共进会的秘密使命，与应桂馨建立联系与交情。洪述祖不仅向江苏都督程德全举荐应桂馨出任江苏驻沪巡查长，还说服黎元洪取消了对应桂馨的通缉。12月应洪述祖之邀北上北京，谒见大总统袁世凯与国务总理赵秉钧，期间曾请求任命他为“中央特派驻沪巡查总长”，管辖自川、豫以至闽、广等地的会党势力，被赵秉钧拒绝，但他还是从赵秉钧那里得到了国务院密码电本，又得到袁世凯给他5万元用于遣散共进会的经费和每月2000元津贴的允诺，1月下旬返回上海。