陈天华深知读书机会来之不易，把“书院里的一部二十四史，整日整夜，细心研读”。从而使他对中国古代典籍有了深入了解。每当他读到“奸佞乱朝，夷狄滑变，制度废弛”之处，就禁不住掩卷长叹，发出对民族危机的深切关注和忧虑。

1898年，陈天华考入新化实学堂。这时维新思想广泛传播，陈天华在学堂中受到影响，无比振奋。有一次，他在教习罗仪陆出的一道作文题《述志》中写道：“大丈夫立功绝域，决胜疆场，如班定远、岳武忠之流，吾闻其语，未见其人。至若运筹帷幄，赞划庙堂，定变法之权衡，操时政之损益，自谓差有一日之长。不幸而布衣终老，名山著述，亦所愿也。至若徇时俗之所好，返素真之所行，与老学究争胜负于盈尺地，有死而已，不能为也。”罗仪陆阅后不禁拍案称奇，高声叫绝，在课卷上批道：“狭巷短兵相接处，杀人如草不闻声”，盛赞他非同凡响的志气。在校期间，陈天华广泛涉猎新学报刊，“慨然欲任天下事”。

1900年，陈天华来到长沙，入求实书院就读。他每次考试皆名列前茅，道德文章俱优。当时一位有名望的地方官员，非常器重陈天华的才华，欲将自己的爱女许配给天华为妻，陈天华却以忧伤的心情回答说：“天下方多故，安能再以儿女情累我乎？国不安，吾不娶。”

1902年底，湖南巡抚俞廉三令每道保送4名学生，参加选拔留学日本和师范馆生的考试。陈天华由长宝道选送参加了考试，结果被省城师范馆录取，旋又被选为留日官费生。

1903年3月3日，陈天华一行50人(包括自费生)，乘船从长沙港出发，27日到达东京，入宏文学院师范科学习。

不久，留日学生反对沙俄侵占我国东北领土的拒俄运动如火如荼地开展起来。4月29日，陈天华参加了留日学生在东京神田锦辉馆举行的拒俄大会，并在会上发表演说；接着，他又报名参加了拒俄义勇队，每日进行军事训练；因参加者均为留日学生，后改为学生军。清朝驻日公使横加干涉，学生军不得不更名为“军国民教育会”。陈天华是军国民教育会的重要成员。该会以“养成尚武精神，实行爱国主义”为宗旨。

在拒俄运动深入开展的时候，陈天华不忘家乡，他在日本向湖南同胞发布《敬告湖南人》的公开信，信中号召拒俄和爱国救亡，许多读者看了，无不堕泪。

后来，军国民教育会派遣“运动员”回国，拟策动反清革命，陈天华自认为“运动员”，但因故未能成行。

拒俄运动遭到清政府的残酷镇压，陈天华痛苦不堪，寝食不安。他怀着满腔悲愤，从1903年初夏开始，至仲秋结束，写成通俗读物《猛回头》、《警世钟》。通过这两本书，他痛切地陈述民族危亡惨局，唤醒国人从迷梦中醒来，奋起反抗外敌入侵，实行反清的革命，字字血泪，感人肺腑。《猛回头》初版印行5000部，不到数旬，销罄无余。

同年10月，沙俄大量增调兵力。侵入我国东北，亡国惨祸迫在眉睫，陈天华万分震怒，“如痴如狂，如孤儿弱女之新丧考妣，奔走彷徨于故旧间，相见无一语，惟紧握友人手，潸然涕泪交横而已。”悲痛到极点时，乃“啮指血作书数通，寄示湘人，要求湘人预备死战”。

1903年11月4日，黄兴、宋教仁、刘揆一等人在长沙召开华兴会筹备会议。陈天华闻讯，很受鼓舞，立刻束装起程，于12月只身返回湖南，襄助黄兴等人开展革命活动。

他回到湖南，完全放下留学生的架子，一下子扎到社会的底层，每天同那些穿着破衣烂衫的劳动大众谈论救国大事。有些目不识丁的老百姓，听了他的宣传都感动得落泪。

他所著《猛回头》 及《现世政见之评诀》，在湘、赣诸省广为传诵。1904年2月15日，华兴会举行正式成立大会，陈天华加入华兴会，并参与了长沙起义的策划。他擅长文字宣传，在《俚语日报》上继续发表反清革命的文字，湖南反动官绅借故罗织罪名，意欲逮捕陈天华。在友人的劝说下，陈天华于同年4月再渡日本，入东京法政大学。

是年暑假，华兴会长沙起义日期临近，他按捺不住心中的兴奋，不辞劳瘁，于当年7月再次回国返湘。按照黄兴等人的安排，陈天华和姚宏业被派往江西，游说巡防营统领廖名缙，届时发难，响应长沙起义。

9月24日（农历8月15日中秋节），浏阳普迹市沿例召开牛马交易大会，哥老会拟将这一天作为开堂拜盟的日子。黄兴决定在此举行马福益的少将授衔仪式，令刘揆一与陈天华、徐佛苏、陈福田等军、学界人，秘密与马福益及其属下头目龚春台、冯乃古等见面。陈天华化名郑浩然住在关家巷何祠，致书黄兴陈述洪江会同华兴会合作意见，几及万言，交醴陵人漆英等携往普迹会议。后来会上的议决案基本上是按他的意见拟定的。此次大会，声势十分浩大。

但长沙起义因叛徒刘佐楫告密而归于流产，黄兴等人避走上海，陈天华亦由江西吉安转赴上海。11月7日，黄兴、陈天华与在上海担任华兴会外围组织爱国协会会长的杨毓麟等40余人在新马路余庆里召开大会，共同议定在鄂、宁发动一次新的起义，但又因受皖人万福华刺王之春事件的牵连，造成黄兴、苏鹏、张继等13人被捕入狱，鄂、宁起义计划只好搁浅。对此，陈天华心情十分沉重，悲痛欲绝，拒绝出逃，正襟危坐待捕。他悲愤地说：“事不成，国灭种亡等死耳，何生为?”经友人多方劝说，勉励他等待时机，他才束装航海东行，于是年底第三次抵达日本东京，复入法政大学学习。

然而，陈天华终因图谋反清革命受到严重挫折，心情抑郁，经原华兴会会员徐佛苏等人介绍，结识梁启超。在梁的诱惑下，曾一度有过向清廷请愿，要求立宪以救危亡的想法，曾于1905年初发表《要求救亡意见书》于留学界，并准备返国北上请愿，此事遭到黄兴、宋教仁等人的反对，经过反复做工作，陈天华才打消请愿的想法。此后，陈天华在华兴会主要领导人的帮助下丢掉了改良幻想，同梁启超等人疏远关系，重新振作起来。他协助宋教仁、田桐等人筹备创办《二十世纪之支那》杂志，1905年6月24日正式出版。他笔耕不辍、呕心沥血，连续撰写了《支那最后之方针》、《国民必读》等论文，继续宣传反帝反封建思想。在《狮子吼》这篇没有写完的通俗小说中，具体描绘了一个理想中的“民权村”，为中国未来社会勾画出了一幅理想的蓝图。

1905年7月28日，经程家柽介绍，陈天华与孙中山在《二十世纪之支那》杂志社会晤。陈天华回顾了华兴会起事的简要过程，孙中山则阐明了各革命团体联合的必要性。次日，华兴会领导人在黄兴寓所聚会，商量华兴会成员是否加入孙中山所倡议的团体联合的问题，陈天华主张华兴会作为一个团体与之联合。这就有力地支持了孙中山的主张。30日，陈天华出席了中国同盟会筹备会议，成为最早的同盟会会员，并在会上被推举为同盟会起草会章的八成员之一。8月20日，中国同盟会召开正式成立大会，由黄兴宣读并通过了会章草案。不久，同盟会还接收《二十世纪之支那》杂志，改称《民报》，作为同盟会的机关报。陈天华在《民报》创刊号上发表了《论中国宜改创民主政体》、《今日岂分省界之日耶》、《中国革命史论》等名篇。

面对革命浪潮的汹涌澎湃，清政府惶惶不可终日，多次要求日本政府协助取缔留学生的革命活动。11月2日，日本文部省颁布了《关于许清国人入学之公私立学校之规程》，严厉禁止中国留学生的革命活动，强迫留学生遵守清政府的法令，剥夺留学生的集会、结社和言论、通信自由。留学生不堪其辱，于“取缔规则”颁布次日，各校代表齐集留学生会馆，要求日本政府取消，并提出全体留学生罢课归国的建议。

11月13日，留学生召开会议，会上发表了《东京留学生对文部省取缔规则的驳议》的长篇声明，对“取缔规则”全文15条逐条予以驳斥，大会一致决定全体罢课。7日，全体留日学生8000多人实行总罢课，以示抗议。面对这场尖锐的斗争，同盟会内部在认识上和斗争方法上出现了意见分歧，一派以秋瑾、宋教仁等人为代表，组成联合会，主张全体罢学归国；另一派以胡汉民、汪精卫等人为代表，组成维持会，主张忍辱负重，以便继续在日本留学，这两种观点都有一批拥护者，两派相持不下。

就在这关键时刻，中国留日学生总会负责人纷纷乘机引退，不肯负起领导责任。日本报界指责中国留学生是“乌合之众”，日本《朝日新闻》公然丑诋留学生“放纵卑劣”。陈天华为祖国的前途忧愁惆帐，为留日学生的分歧激愤不已。他想来想去，愈发焦灼不安，而又无法解决内心的矛盾，决定以一死而警醒国人，激励留学生“坚忍奉公，力学爱国”。他在极端痛苦的心情下，写下《绝命辞》，同时又写了一封《致留日学生总会诸干事书》，便于12月8日，一步一回头地走向日本东京大森海湾，投水自尽。时年30岁。

他的死，果如巨石落水，激起万丈波澜。噩耗传来，三湘震动，四海同悼。

陈天华投海的第二天，人们将他的遗体运回横滨。留日学生自动云集会馆，即日举行追悼大会。人人悲愤填膺，有的甚至愿与先生同死。陈天华所写《绝命辞》，由一人宣读，数百听众听着听着泣不成声。香港革命志士郑贯一在杏花楼为陈天华举行了追悼大会，参加吊唁的群众有1000余人。

陈天华蹈海赴死的悲壮行动，迅速影响了全国。1906年3月27日，留日学生姚宏业在上海创办中国公学受到反动绅士阻挠，愤懑难平，也效法陈天华，投上海黄浦江自戕。5月20日，长沙各界近千人在左文襄公祠举行了陈、姚二烈士追悼大会。禹之谟、宁调元等人当场决定公葬二烈士于长沙岳麓山，获得大家的一致赞同。5月23日陈天华和姚宏业的灵柩同抵长沙，当天便举行了公葬仪式，10000多人前往送葬，长沙全城学生出动，首尾绵延10多里，哀歌动地，鞭炮震天。

公葬陈、姚事件，成为一次外争国权、内争民主的爱国运动，推动了革命形势的深入发展。陈天华之死，粉碎了日本政府文部省颁行“取缔规则”的阴谋。慑于留日学生的反抗和日本各界舆论的压力，日本政府未敢贯彻实施，始而延期，继而中止，最后成“不取消之取消”。此后，斗争形势发生了新的变化，激进者或相继回国实行革命，或与同盟会保持一致，继续斗争，动摇者也开始坚定起来，与革命派一道开展斗争，日本各界对留学生的看法有了根本的改变。

1912年3月6日，孙中山以临时大总统名义下文批准给陈天华、杨毓麟等烈士建立专祠，刻文褒扬。

1917年9月，周恩来东渡日本前夕，曾写过一首感人肺腑的诗篇：

大江歌罢掉头东，邃密群科济世穷。

面壁十年图破壁，难酬蹈海亦英雄。热情地歌颂了陈天华这位为民主革命而献身的革命先烈。

陈天华、姚宏业墓位于长沙市岳麓区岳麓山之麓山寺左后方，沿寺左游道拾级而上百余米即达。1906年5月23日由禹之读等领导长沙青年、群众公葬陈、姚二烈士于此。1959年公布为省级文物保护单位。墓地面积约66平方米，花岗岩双棺之形，墓后并列“陈烈士天华之墓”和“姚烈士宏业之墓”两通主碑，以及“中华民国元年”和“六月湖南公刻”两通纪年事因碑刻，书法精美。四周有石砌罗圈及护栏，墓前石砌享堂，设石桌、石鼓、石香炉，左前方另竖“陈天华先生墓碑”一通。