1901年徐錫麟出任紹興府學校算學講師，得到知府重用，后升為副監督。1903年赴日本參觀大阪博覽會，會中竟有中國古鐘在展，徐錫麟憤感列強欺中國太甚。不久結識陶成章、鈕永建等，在他們影響下，徐錫麟思想發生了巨大轉變，逐漸放棄對清政府的希望，棄改良而從革命。當時，“《蘇報》案”事起，日本留學生群起反對，徐錫麟也慷慨解囊，積極參與營救章炳麟。歸國后，在家鄉建蒙學、設書局，以期開啟民智，因遭排擠，事竟不成，仍退任副監督之職。此時，俄人逼我遠東，徐錫麟慟哭國弱受欺，于是投筆從戎，開始苦練槍法。

　　1904年初，紹興城內大善寺地產被天主教覬覦，將至不保。徐錫麟得知后，抱病奔走，呼吁群眾與教會作斗爭，又積極發動紹興各商號聯名上書官府。因群情激憤，官府不敢包庇，天主教圖謀終未得逞。該年冬，徐錫麟因事過上海，得遇蔡元培、陶成章，首批加入光復會，后成為光復會的主要領導人之一。回紹興后，徐錫麟創辦了大通師范學堂，羅致少年英俊，教以軍法紀律，為革命培養人才。他還積極結交各地會黨，甚至延請他們為學校教練。不久，徐錫麟借北上聯絡大盜馮麟閣之機，出山海關，過吉林、奉天，走西北邊疆，查看了山川形勢，并親見日、俄在中國疆土上張狂角逐，憤憤不平，欲揮刀沙場“為國死”。

　　謀革命不易，為了達到反滿目的，徐錫麟等人逐漸產生了“以術傾清廷”的思想，他們打算以捐官之法，使光復會的成員學習軍事，乘機打入清廷內部，以掌握軍權。于是他向清廷捐了一道員頭銜，指分安徽候補。經多方活動，1905年冬，受紹興徐克丞資助和徐錫麟表叔、湖南巡撫俞廉三推薦，徐錫麟與馬宗漢、陳伯平各捐得官職，并被獲準前往日本學習陸軍。但到日本后，由于清廷駐日公使的阻撓，學習陸軍的計劃被破壞，無奈回國。

　　歸國后， 徐錫麟等人又打算進一步打入官府，“藉權傾虜廷”。通過發動利用各方關系，徐錫麟謀得籌辦安慶陸軍小學之事。后因表叔俞廉三的推薦和徐錫麟本人的精明干練，終于得到安徽巡撫恩銘重用，光緒三十二年。冬季他到了安慶，向撫院落報到，恩銘接見后，派他為安徽 巡警尹。他小心逢迎，拜恩銘為師，恩銘引為親信，又派他兼任巡警學堂會辦。徐錫麟食清廷之祿，卻時刻不改革命之志。1907年2月，徐錫麟與秋瑾約定在皖、浙同時舉行反清武裝起義。起義原定7月19日舉行，因一會黨人員在上海被捕，招供出革命黨人的一些別名暗號，兩江總督端方電令恩銘拿辦。恩銘召徐錫麟計議，徐錫麟見自己別號在列，知事機迫人，遂決定于7月8日巡警學堂舉行畢業典禮時舉義。誰知恩銘這天有事，要求將畢業典禮提前兩天，無奈起義只得于6日舉行。外援不至，準備未周，起義堪憂。

　　6日，恩銘及文武官吏陸續齊集巡警學堂，畢業典禮開始.徐錫麟當時呈上畢業名冊，口頭報告了畢業官兵人數，隨后市場說：“報告，今天有革命黨人起事！”恩銘拍案高聲說：“在哪里？什么人？”徐即應聲說：“在這里，就是我。”話音沒落，就朝恩銘連射數槍。大家奪門逃命。恩銘在被抬出去時喊叫道：“快把亂黨就地正法。”于是藩臺馮煦命令大家一齊集中到撫院。顧松也去了，他們集中在大堂后東邊大廳里，忽聞上房內哭聲震天，又見同仁醫院院長、美國人戴世璜與拎著包的一行人匆匆走出，大家圍上去打聽消息，戴說”不中用了，身中六七槍，尤以右耳及腰部兩顆子彈無法治理。“一會兒，人聲又開始雜亂，幾名士兵將徐錫麟反綁著押來了。他見藩臺說：“大帥安否？”馮將腳一跺，說：“畜生，大帥待你何等恩厚，現被你槍殺，還敢問安否？”徐笑道貌岸然：“問大帥安問正是私誼也。”接著說：“槍殺恩銘，此乃正義也。”這時忽然傳說“太太下來了。”宣稱要將徐先剜心，后斬首。

　　公堂之上，面對審判，徐錫麟義正詞嚴，怒斥清廷專政誤國。清官質問徐錫麟：恩銘待你不薄，為何刺殺。徐錫麟厲言道：“恩撫待我，私惠也；我殺恩撫，天下之公也。”清官又問：汝常見恩銘，為何不于署中殺之。徐錫麟言：“署中，私室也；學堂，公地也。大丈夫作事，須令眾目昭彰，豈可鬼鬼祟祟。”遂自寫供詞，愿一人承擔責任，不牽連學生。

　　1907年7月6日，光復會成員安徽巡警處會辦兼巡警學堂監督徐錫麟，在安慶刺殺安徽巡撫恩銘，率領學生軍起義，攻占軍械所，激戰4小時，失敗被捕，慷慨就義。審訊時揮筆直書：“蓄志排滿已十余年矣，今日始達目的。本擬殺恩銘后，再殺瑞方、鐵良、良弼，為漢人復仇。”

　　1907年7月7日，徐錫麟慘遭殺害，心肝被挖，用于炒菜。