1895年春天，中日战争使北洋水师全军覆没，4月中旬，李鸿章签订中华民族奇耻大辱的《马关条约》的消息传到北京，当时参加会试的举人们立即沸腾了，决心抗争。康有为即刻要梁启超串联鼓动各省举人上书。梁启超四处活动。4月22日，以康、梁为首的广东、湖南两省举人首先联名上书，要求拒签对日和约，同时还鼓动朝官出面。5月1日，康、梁邀集18省120多名举人在松筠庵集会。康有为在会上发表了慷慨激昂的演讲，大家一致通过了康有为上书朝廷的建议，并公推他为奏议起草人。康有为奋笔疾书，向清政府提出了“拒和”“迁都”“变法”的三项建议。这就是震动朝野上下、名垂史册的“公车上书”。这次运动，声势浩大，开创了中国历史上知识分子集体上书，抗议政府的新格局，第一次显示了维新派在舆论上的力量，引起社会各方面的重视，获得了广泛的同情。“公车上书”的历史意义是深远的，它唤醒了中国数千年未醒的大梦，是一代青年人爱国、求变革、奋发向上的思想的反映。上书的各省举人回乡后，对各地民智的启迪也发挥了很大的作用。
康、梁经过公车上书，都认识到要发动维新变法，必须有一个组织，即他们的“合群”。要建立组织，必须从制造舆论开始。1895年8月，正式创立宣传维新变法的刊物《万国公报》，附《京报》发行，每天送千余份给各王公大臣，不收报费。这一做法是梁启超的“欲开民智，先开官智”的维新思想的具体体现。《万国公报》除介绍西方资本主义国家的政治、经济、文化、史地、风情和转录一些消息外，主要宣传富国强兵之道，极力鼓吹维新变法，以期获得社会各界的同情和支持。
1896年3月，梁启超应康有为之召到上海办报。与黄遵宪、汪康年等利用强学会余款作资金，创办《时务报》。8月正式创刊，汪康年任总经理，梁启超任主笔。在他们周围团结了一大批维新志士或同情维新派的名流学士作为撰稿人。《时务报》宗旨是开民智，求自强，尤其注重中外时事的介绍。《时务报》内容新颖，反映民众呼声，敢于抨击时政，一时成为风靡全国的报刊。梁启超利用这一报纸作为维新派的喉舌，较全面地宣传自己的变法思想和改革措施，一时间梁启超名声噪起。
此时的梁启超刚二十三四岁，精力旺盛，才华横溢，再加上他敢说敢写，符合当时人们的心声，在许多比较清醒的知识分子中引起了深刻的共鸣、巨大的反响。梁启超的文章具有敏锐的洞察力、深刻的见解和优美精彩的文字，自然能吸引广大的读者。梁启超日夜辛劳地为办好《时务报》而工作，亲自撰文、编排、校对。随着《时务报》的广泛发行，梁启超也名声大噪，“通邑大都，下至僻壤穷陬，无不知有新会梁氏者”。据传1897年年初，梁启超往武昌拜谒张之洞，当时的张之洞为坐镇一方、手握重权之封疆大吏，在整个清廷官僚中也是颇有实力和影响的大人物。但一听梁启超求见，极为高兴，破例开武昌城中门来迎接，还问属下能否鸣礼炮，当属下告之梁为一小小举人，按理只有迎接钦差和督抚时才可开中门并鸣炮，张之洞只得作罢，以厚礼迎梁入城。梁启超拜见张之洞那天，恰逢张的侄儿娶媳妇，贺客盈门。但张之洞丢下宾客，与梁启超彻夜长谈，张诚心邀梁出任两湖时务院长，月薪一千二百金，被梁婉言推却。
1894-1895年中日甲午战争，以腐败无能的清政府失败而告终，随之是一系列丧权辱国的不平等条约的签订。面对空前严重的民族危机和迫在眉睫的亡国之祸，1898年1月，康有为上第五封与皇帝书，以血泪交织的文字描述了民族危机和国内尖锐的阶级矛盾，提出“不变法国将亡”的警告。梁启超也上书清廷，要求对俄采取强硬态度，索回其侵占的旅顺、大连。面对亡国灭种的严酷现实，此时的梁启超、康有为已将生死置之度外，为促使清政府变法，他们已不惜牺牲一切。
1895年7月，光绪发布上谕，举办实业，不久又令广办学堂，培植人才，还命各地广泛地推荐人才。光绪积极变法的态度，极大地鼓舞了康梁等维新派。1898年6月11日，光绪皇帝“定国是诏”，宣布变法，“百日维新”正式开始了。新政颁布后不久，翰林院侍读学士徐致靖上奏，保举康有为、梁启超等人参与维新变法。7月3日，光绪召见梁启超，当天即被清廷赏给六品衔，办理译书局事务。其实，从光绪开始策划维新变法起，以慈禧太后为核心的守旧派就坚决反对，他们视维新派为大逆不道。1898年6月15日，即光绪下诏变法后的第四天，慈禧太后为了阻挠光绪，胁迫光绪革去军机大臣、户部尚书翁同龢之职，其用心是极其狠毒的。9月21日凌晨，光绪帝被慈禧囚禁到中南海瀛台。随后第三次宣布垂帘听政，派兵大肆捕杀维新党人。9月23日，为了救光绪，梁启超和谭嗣同商议请求日、英、美等国公使出面，通过外交途径解决困难，但都没有成功。政变发生后，梁启超逃到日本使馆，心情极度紧张。当时的北京街头，到处是追捕维新党的军警。9月22日晚，梁启超剪掉辫子，穿上西服，进行了一番巧妙的化装，在日本友人的护送下，逃到了日本驻天津领事馆。在历经万般阻挠和艰险后，梁启超成功逃到日本避难。