1903年，刘师培在海结识陈独秀，二人先参与了《国民日报》《警钟日报》的创办。刘师培因考场失意辱骂科举，遭通缉逃海。陈独秀因在安庆藏书楼表了爱国演说，被端方通缉潜逃沪。因有“同是涯沦落人”相同际遇，又有强烈的反满情绪，二人从甚密，相聚谈说志向。
1903年冬，陈独秀回芜湖，创办《安徽俗话报》。临行，陈独秀送章士钊刘师培诗云：“勤王革命皆形迹，有逆吾罔不鸣。直尺不遗身恨，枉寻徒屈由身。驰驱甘入棘荆，顾盼莫非羊豕群。男子立身惟一剑，不知败与功。”署名“陈由己”。刘师培深有感喟，在诗题曰：“由己，由己，由一己所。”
回安徽，陈、刘书信往频繁。陈独秀按将《俗话报》寄给刘师培。陈独秀的朋友何梅士病逝，陈独秀《哭何梅士》诗，刘师培将表在《警钟日报》。刘又向陈约稿，陈独秀《夜梦亡友何梅士觉赋此》。刘师培收藏了陈独秀此文的底稿，并在稿戏：“由己乎？不由己已，不由己已耳，不由己已耳矣！”
刘师培加入蔡元培等人组织“国民教育暗杀团”（即光复的前身），并与章士钊同向蔡元培举荐“江淮志士”陈独秀。章士钊推荐陈的理由是：“此君志雄，有一不峻坡弗的斗志，且人格甚，忠人，忠，不乏侠士风。”刘师培则说：“陈君是吾报的者。他重友情，讲信，在芜湖创办并行一白话报，的若干人因困苦及危险散了，他一人在干，已经支持了几月。”
陈独秀与皖江中体育教员柏文蔚在芜湖立暗杀组织。《警钟日报》被查封，陈独秀邀请刘师培皖江中任教。不久，刘师培化名“金少甫”赴芜湖。刘师培，往往光复的钦差臣居，陈独秀不承认芜湖的组织与海的组织是级与级的关系，刘与陈产生龃龉。
1907年，刘师培、陈独秀先东渡日本。在日本，刘师培与章太炎“攘夺干部职权”，曾拉拢陈独秀及苏曼殊。但陈独秀认“光汉”是狭隘民族主义，拒不参与其中。
刘师培投靠端方，端方入川受戮，刘师培被捕入狱。1912年初，知刘师培的落，陈独秀书孙中山，义保刘光汉。在给孙的书中，陈独秀历数刘功德，“神经敏”。
1917年，陈独秀应蔡元培邀担任北京文科长。此的刘师培身体虚弱，生计维艰，他告知蔡、陈，进北任教。陈独秀、蔡元培不计前嫌，聘请刘师培北教授。
1918年，新文化运动蓬勃展，刘师培执着旧，他纠集北的一班守旧师生，创办《国故》杂志，陈独秀的《新青年》垒。
1919年6月11日，陈独秀被捕。次日，病魔缠身的刘师培在夫人何震的陪同，强撑身体，与北京的新旧者一联名书，请求保释陈独秀。9月16日，陈独秀狱。卧床不的刘师培前往迎接，终因力所不逮罢。
陈独秀狱一月，刘师培病情加重，陈次前往望。11月10日，年仅三十六岁的刘师培病逝，陈独秀主持了刘的丧礼，并引康有诗悼念亡友：“曲径危桥历遍，依旧一吟身。”