1904年，四川人民為了反抗帝國主義掠奪我國鐵路主權，由包括吳玉章在內的四川留日學生首倡，經四川總督錫良奏請，在成都設立“川漢鐵路公司”。1905年改為官商合辦，1907年改為商辦。
1911年5月，清政府宣布“鐵路幹線國有政策”，政策規定：宣統三年(1911年)前所有集股商辦的幹線，必須由國家收回。消息傳到四川，川民憤慨沸騰。
6月，吳玉章奉同盟會之命，回川領導即將開展的四川保路鬥爭。
7月7日，他回到家鄉榮縣領導反清武裝鬥爭。
8月5日，成都召開川漢鐵路股東特別大會；8月24日，群眾性的罷市罷課風潮掀起；9月1日，川漢鐵路公司股東會議，通告全川不納糧稅。9月5日，鐵路公司特別股東大會，出現傳單《川人自保商榷書》。川督趙爾豐，奉清政府嚴令，9月7日誘捕保路同誌會和股東會首要人物，封閉鐵路公司和同誌會。
事發後，成都數萬群眾相繼奔赴總督衙門請願，要求釋放被捕人員。趙爾豐竟下令槍殺請願群眾三十餘人，製造“成都血案”。隨後事態升級，同盟會員和哥老會率領成都以農民為主體的同誌軍，四麵圍攻省城、縣城。
吳玉章也與同盟會員帶領榮縣保路同誌軍，進占榮縣縣城。9月25日，吳玉章在榮縣召集各界人士大會，宣告榮縣脫離清政府，正式獨立！
榮縣獨立，比武昌起義早半個月，是辛亥革命時期由中國同盟會建立的第一個縣級革命政權。此後，榮縣成為成都東南同誌軍反清政府的中心。
11月21日，廣安州組成大漢蜀北軍政府；22日，重慶成立蜀軍政府，宣布同盟會的政治綱領；川東南五十七州縣響應獨立。27日，端方被殺，入川鄂軍在資中反正；同一天，成都宣布獨立，成立大漢四川軍政府，清朝在四川的反動統治徹底覆滅。
吳玉章在領導四川保路運動中，做出了重大的貢獻。