1912年袁世凯窃取了大总统的位置。刘大同在大连组织成立了“平民社”,宣布讨袁军成立。1914年,刘大同被任命为中华革命党山东支部支部长,草拟山东起兵计划。随后,刘大同等人由大连潜回山东,兵进诸城,欲建立通达海港之革命据点,但未成功。二次革命失败后,有些人动摇了,但刘大同却毅然站到了中华革命党一边。
立志讨袁,谋袭奉天
　　1912年中华民国成立不到两个月,袁世凯便窃取了大总统的位置。刘大同认为,把革命成果让给袁贼是一个特大错误,于是在大连组织成立了“平民社”,宣布讨袁军成立。讨袁军正式起义后,刘大同参加了奉天独立运动,还指挥了琅琊战役及辽阳战役,并与儿子刘次彭一起战斗在讨袁的前线。《出军》诗中记述了讨袁军出征前后的动人场面,其诗云:“出军出军,阴山之隅。旌旗遍野,干羽塞途。与子偕往,警天羌胡。”“令肃秋霜,征人行行。关山月冷,朔塞风凉。无昼无夜,不解戎装。”“鼓声逢逢,炮声隆隆。自南自北,自西自东。蹄尘剑火,血雨腥风。”“酣战晨昏,暗无乾坤。将士用命,决胜在人。十年征戎,为国报恩。”“翦厥渠魁,战罢归来。征袍脱去,樽筵大开。慰问同忾,有几人回。”
　　据家人回忆,刘大同曾与儿子刘次彭及平民社员,携自制的土炸弹,由大连潜入北京炸袁世凯。只可惜土炸弹未爆,刘大同等人只好星夜摸出城,返回了大连。
　　1914年,由于北方各省搜捕革命党人甚急,山东、东北、山西革命党人也先后至大连,某银行经理沈缦云出资招待,组设机关。大家推沈缦云为都督,刘大同为总司令,谋袭奉天,此计划不幸为日人侦悉,迫其解散组织。山东同志推吴大洲赴日本,谒见孙中山先生,请示山东起兵策略。吴返大连后,与刘大同、邓天一、薄子明、隋即吾、李统球等成立中华革命党山东支部,推刘大同为支部长(时间在任东三省支部长之前),草拟山东起兵计划。
　　据李新、李宗一主编的《中华民国史》中记载:“1914年1月23日,陈其美自神户乘船密抵大连……陈其美见在东北一时难于进展,便将东北举兵事宜划归刘纯一负责,山东举兵事宜划归刘大同负责,交给他短枪四十支,命其编队回鲁。”
革命失败,信念不移
　　刘大同受陈其美派遣,带领革命党50人,由大连潜回山东,兵进诸城,李荫堂、白耀臣分任正副队长,戴子安为向导,欲建立通达海港之革命据点,但未成功。在与敌人的遭遇战中,戴子安不幸中流弹受伤。刘大同曾有《送子安归医院》一诗:“蓬莱初罢战,归路夕阳残。骑马汗犹湿,征衣血未干。”对那场战斗记忆犹新。当时任副队长的白耀臣,在后来的战斗中壮烈牺牲,刘大同在《哭白耀臣烈士》中写道:“为国以捐躯,我何必哭尔。朱家郭解风,吾党能有几。”
　　二次革命失败后,刘大同的族侄左侠英勇就义于吉林,他作诗云:“当道尽豺狼,无块干净土。以死报国家,我亦不哭汝。”在《哭腾学贤烈士就义于奉天》诗中云:“我知腾氏子,死为国家死。不见沈水情,哭之而已矣。”在《哭刘铁烈士》诗中云:“记得东瀛道,悠悠送我行。如何先我死,江汉水无声。”在《哭石磊、刘敢等烈士》诗中云:“烈烈丈夫二十四,天教辽水血红时。风号雨泣复州塔,来吊忠魂知未知。”
　　震惊中外的王晓峰、王铭三(明山)行刺上海镇守使郑汝成事件,使革命党为之一振。刘大同在《送王晓峰、王明山二子赴歇浦》中咏道:“易水何萧萧,阳关太寂寥。古今别离苦,难以画图描。”
　　二次革命后的革命党人流亡到日本后,思想波动很大,有的动摇了,有的投靠了袁世凯。刘大同在《梦中题竹·甲寅三月十五日夜央中》咏道:“不疏亦不密,干直而独立。虚心以待人,有节皆知己。”从此他毅然站到了中华革命党的一边。刘大同参加了中华革命党,并被孙中山委任为中华革命党首任东三省支部长。记得家中曾保存着他与孙中山、宋庆龄、廖仲恺及廖承志(儿时)的五人合影,可惜这一珍贵照片已毁于“文革”期间。
购买码头,偷运军火
　　辛亥革命后,全国各地的爱国志士纷纷弃笔从戎,参加革命军。当时的武器弹药非常紧缺。革命军决定从国外购置军火,以解燃眉之急。但是由于各大港口都在政府的严密控制之下,武器弹药很难运进来。大家都为这件事伤透了脑筋。刘大同说:“我在广东有一至交马育航先生,可通过他,以个人的名义在不引人注意的汕头买下一座码头。明是商港,实运军火,可以解决这个难题。”大家异口同声地赞成。随后,刘大同卖掉了一部分家产,顺利地买下了汕头的一座码头。在政府的眼皮底下,大批军火源源不断地从这里秘密运了进来。众人纷纷称赞刘大同足智多谋,刘大同说:“咱们只不过是用了一次‘明修栈道,暗渡陈仓’的计策罢了。”
　　1913年至1922年期间,刘大同四渡日本,出版了《亡命诗集》,组织了平民诗社,主编了《平民诗集》在日付梓,并为《平民诗集》题诗曰:“百年人易老,诗寿天地长。万国争传诵,平民第一章。”现在,这两本诗集已无存,估计在日本外务省档案中会有。
　　1916年,离乡23年的刘大同回到了山东芝泮故里。刘大同回到山东后,立即投入到讨袁的斗争中,参加了攻打诸城的战役,革命军成功占领了诸城县城。在《题南阜老人五岳图并跋》中记道:“丙辰年,我军领诸得生还,七月十九日道经又一村……”“丙辰七月,诸、高民军争长,经彭青岑、丁鼎丞、刘冠三诸君促余赴诸,为之调停。嗣经强迫解决,言归于好……”
　　1919年刘大同在广州,张作霖派郝某携款召他赴奉,刘大同拒绝了,他没有忘记“辽东又起勤王军”,曾杀害无数东北革命党人,包括联合急进会会长张榕烈士的情景。在《梅花吟》其三十七中咏道:“浪游卅载,春梦一场。我生不辰,举世强梁。守兹清白,永葆孤芳。”