吴大洲由北京先后赴太原、滦州等地与有关同志共商革命大举之事。1912年1月16日，北京的革命党人用炸弹暗杀袁世凯未成，吴大洲因曾参与此事，为反动势力所疑，便离开北京返回济南。在济南，吴大洲又和济南的革命党人，策划炸死袁世凯在山东的爪牙山东巡警道吴炳湘。但是这件事情没有成功，吴大洲前往诸城，参加诸城的独立活动，筹设山东军政分府。受山东军政分府之命，吴大洲率一部分民军进驻泊镇。不久，诸城被清军攻陷，城内三百多名军民惨遭杀害。吴大洲当时不在城里，幸免于难。

吴大洲立刻乘船到烟台，遏见山东军政府都督胡瑛，请兵复仇。但是胡瑛以时将统一，难于出兵为由，拒绝了他。吴大洲的心里肯定很不舒服。很快，他就从烟台回了济南。当年4月，山东省临时议会成立，吴大洲被选为省议会议员。1913年春，吴大洲又被任命为烟台警察厅长。当年7月，二次革命爆发，江西、南京、上海、广东等地，相继宣布独立，起兵讨伐袁世凯。这时，山东革命党

吴大洲在避居大连期间，与薄子明、邓天乙等同志经常往来于青岛、上海等地，继续进行革命活动。1914年7月，孙中山先生在日本组建了中华革命党，宣布“以扫除专制政治、建设完全民国为目的”，“以实行民权、民生两主义为宗旨”，继续进行反袁斗争。吴大洲闻讯后，便去日本与孙中山联系，加入中华革命党。吴大洲上书孙中山先生，建议策划山东革命，得到赞许。学者余世存在《原来如此：1840-1949中国底本》一书中说，当中华革命军在山东发动反袁之前，吴大洲、薄子明到东京向孙中山报告，说：“山东组织起义，已有二三千人有把握，只要给我们一笔经费，马上就可发动。”孙中山问：“要多少钱呢?”吴大洲说：“至少要1000元。”孙中山说：“好吧，南洋华侨才汇来1200元，你们就拿1000元去吧。”过了两天，有人向孙中山说：“吴大洲等说的话靠不住，他们将钱拿到手在外面乱花。而我们在此生活都很困难，先生为什么轻易信他们的话受他们的骗

返回山东的机会，没等多久就到来了。1915年12月25日，蔡锷宣布云南独立，组织护国军讨伐袁世凯，反袁称帝的护国运动开始。在上海的山东革命党人积极响应。1916年2月，吴大洲等人先后秘密返回青岛，并加紧招募各地壮士，积极筹备枪械，准备发动反袁护国武装斗争。1916年3月，孙中山发布《致直鲁晋省革命同志函》，强调直隶、山东、山西等省反袁斗争的重大战略意义，同时委派中华革命党党务部长居正为中华革命军东北军总司令，统筹直隶、山东、山西革命军事宜。居正经大连到达青岛，在青岛成立了中华革命军东北军司令部。吴大洲以中华革命党山东支部领导成员的身份，与薄子明共同指挥革命军第一支队。在居正主持下，制定了革命军在山东的作战方略，即计划沿胶济铁路西攻潍县、青州、周村等重镇，然后攻取济南，以定山东，再图中原。1916年5月4日，吴大洲、薄子明等率革命军第一支队乘火车从青岛乘火车出发，对高密、潍县、周村等地发起进攻

在孙中先生的领导下，吴大洲亲自拟定《山东军事筹划大略》，表现出他的军事才能和斗争策略。《山东军事筹划大略》里指出“作战计划：本军以占领济南为目的，当发动之先，即出别动队二支，其第一支以扰乱东平及沿黄河南岸，以遥制济南之敌军为主旨。第二支则游击于峄、滕一带，以控制津浦路南段为目的。本军大队即集中于郓城、钜野、嘉祥，乘其无备，急袭取兖州，以作根据地。就济宁之财富，以补充军实，于敌之援兵未到以前，迅速沿津浦铁路以攻取济南。”在当时那种情势下，能做出如此周密的计划甚是不易。并从中可见当时民军情形，颇有史料价值。1916年6月6日，黎元洪继任大总统。他出示文告，其中有废除党禁、重开议会、宜抚与整编各省反对帝制的军队、追究“筹安会”首要分子等内容。6月13日，孙中山致电吴大洲、薄子明称：“袁死，内外情势变，我宜按兵勿动，维持地方秩序，候商黎大总统解决。”（《孙中山全集》第3卷）此后，经过半年多的反复交涉