进入20世纪以后，随着民族危机的进一步加深，张謇在时代大潮的影响下，逐渐认识到政治制度变革的必要性和急迫性，开始将目光从实业教育转向政治。1903年，张謇在东渡日本进行访问和考察期间，亲眼目睹了日本的实业和教育在政府奖励与扶助政策下迅速发展的事实，他进一步认识到：日本的强盛并不仅仅在于其实业和教育的发达，而且还在于其政治制度的优越。中国如不“去其病根”，仿效日本变革政体，则“实业救国”与“教育救国”也无回天之力。但是，在如何变革政体的问题上，张謇仍然反对激进的暴力革命方式，幻想以请愿等温和手段促使清政府有所觉悟，通过自上而下的改良，实行君主立宪制度。在上述思想指导下，张謇对政治的态度逐渐由消极转为积极，成为了清末资产阶级立宪运动的支持者和推行者。
早在1901年清政府宣布“新政”之时，张謇就曾与何嗣馄（hún）、汤寿潜等共同拟定了《变法平议》，企图在承认慈禧绝对权威的前提下，依靠东南督抚刘坤一、张之洞等人的支持，恳求和说服清政府实行“设议政院”、“停捐纳”、“变科举”“办学堂”等改革。尽管他们在《变法平议》中，他们的所谓“议政院”也仅仅是咨询机构，但由于清政府的所谓“新政”，只不过是掩人耳目的骗局，他们的这套改革方案仍然没有被采纳。
1904年日俄战争结束后，清政府驻各国使臣孙宝琦、胡维德等以立宪的日本战胜专制的俄国为理由，联名电请变更政体实行立宪，国内的一些督抚也谋求有所呼应，立宪运动已成山雨欲来之势。
清政府为拉拢资产阶级上层人物，乃于3且初任命张謇为头等顾问官，赏加三品衔。张謇则乘机与蒯（kuǎi）光典、汤寿潜等商议，为张之洞、魏光焘二督起草了一份《拟清立宪奏稿》，同时组织编译刊印《宪法义解》、《日本宪法》、《日本议会史》等书分送各方要人以至北京内廷，要求清政府仿效日本宣誓立宪，通告天下，“定为大清宪法帝国”，并建议清政府派亲信而又有声望的王公大臣出国考察宪政。在此期间，张謇还积极联络各省督抚，希望他们采取一致行动，共同敦促清政府实行君主立宪制。
1905年底，资产阶级革命有愈演愈烈之势，清政府为缓和时局，被迫接受了张謇等人的建议，先是派载泽、端方等五大臣出国“考察宪政”，接着又于次年6月正式宣布“预备仿行宪政”。张赛大受鼓舞，遂与汤寿潜等联合江、浙、闽三省商学两界200多人在上海成立预备立宪公会，表示拥护清政府“预备立宪”，并要求清政府加快立宪步伐。从1907年冬季起，张謇又多次联络各地立宪党人组织上书和请愿活动，要求召开国会，清政府为其压力所迫，只得于1908年8月宣布以9年为立宪预备期限，同时制定所谓《钦定宪法大纲》、《议院法选举法要领》和《逐年筹备宪政事宜清单》作为敷衍。张謇等对清政府缺乏立宪诚意大为不满，要求缩短预备立宪期限，于1911年召开国会，立即成立责任内阁，并通电各咨议局，派人分赴各省游说，组织联合请愿。1910年1月，各省咨议局代表齐集北京，向都察院递交联名请愿书，要求代奏。清政府予以拒绝，第一次请愿失败。于是，张骞又联合10个请愿团体，于1910年6月赴北京再次请愿，清政府以“财政困难，灾情遍地”为由，再次拒绝请愿团的要求，第二次请愿也失败了。张謇仍不死心，决定组织第三次请愿。组织各省立宪党人向上争取督抚的支持，向下征集各界人士签名，并于1910年10月资政院开会之日呈递了请愿书。这次请愿，因为有各省督抚和资政院参与，清政府不得不作出一些表示，宣布缩短预备立宪期限，定于1913年召开国会，立即设立内阁。看到清政府作出了一些让步。张謇等人停止了大规模的请愿活动。
然而，清政府还是玩弄权术。1911年 4月，清政府宣布成立以奕劻（kuāng）为首的“责任内阁”，大权集中在皇亲贵戚之手，“预备立宪”的骗局至此大白于天下。张謇见他们几次三番的请愿，仅仅换来这样的结果，不禁对清政府大失所望，但他又确实不愿用自己的力量去推翻清政府。
张謇还积极主持参与了江苏省的地方自治与收回铁路权利活动。然而，由于这些活动脱离了人民民主革命的主流，所以没有什么成果。
武昌起义爆发后，张謇不想看到清政府的灭亡，还想为清政府作最后挽救。他先是跑到南京请江宁将军铁良和两江总督张人骏出兵“援鄂”，继而又赶到苏州，为江苏巡抚程德全草拟了《奏请改组内阁宣布立宪疏》，规劝清政府以让步来“收回人心”，平息起义风潮。然而，随着各地起义的接连出现，连程德全、汤寿潜等一部分官绅和立宪派都纷纷脱离了清政府，张謇开始认识到清政府已经失去人心，无可挽回了，于是也转向支持共和。
张謇的政治主张由立宪改为共和是一大进步，同时他还为辛亥革命的发展做了一些积极的工作。11月6日，他打电报劝阻袁世凯进攻湖北。11月8日，他又分别写信劝铁良和张人骏放弃武装反抗，还与上海的民军取得联系，帮助通州“和平光复”。为了敦促袁世凯转向共和，张謇还和程德全一起向袁进言，希望他向美国共和伟人华盛顿学习，不要再为清廷尽愚忠。当江浙联军在南京遇到张勋的顽抗时，张謇积极为程德全出谋划策，并慷慨解囊，以财物资助江浙联军。在张謇的协助下，联军终于12月1日光复南京，统一了江苏全省。
但是，张謇对革命的态度还没有改变，他仇视害怕革命。希望国家早日结束动荡，恢复安宁的局面。张謇眼看临时政府已为革命派掌握，便将恢复“统一”与“秩序”的希望完全寄托在袁世凯身上。因此，尽管孙中山任命他为实业总长，但他不仅不肯就职，反而对临时政府采取拆台的态度。南北议和期间，张謇一面积极为袁世凯谋划奔走，通风报信；一面又在革命阵营内部散布妥协言论，力主对袁让步，袁世凯窃国后，张謇联络其他立宪派于1912年5月成立了共和党，协助袁世凯巩固政权，随后又以共和党为基础，联合梁启超的民主党于10月间成立了拥袁的进步党，以对抗国民党。1913年3月，国民党领袖宋教仁为袁世凯的特务杀害，张謇以“调停者”身份向黄兴等人游说，极力主张“法律解决”，坚决反对南方革命势力讨袁，及至“二次革命”爆发，张謇将战争责任推到革命派身上，而且声明拥袁反孙的政治立场，成了袁世凯利用的一枚棋子。
袁世凯镇压“二次革命”之后，请他出任农商总长。袁此举无非是想借助张謇的声望来笼络人心，但张謇却大受鼓舞，略作推让之后就于10月16日走马上任，随即发表《实业政见宣言书》等一系列文告，提出所谓“棉铁主义”，主张依靠国家政权的支持与扶植，大力发展棉纺织业和钢铁工业，以此为中心推动整个工商业的发展。为此，他首先从精简机构，紧缩编制着手，对农商部进行了改革，借以提高工作效率。同时，他还注重法律，先后主持制定了工商保息法、矿法、公司条例等一些法规。借以保护和振兴工商业。接着，他又先后主持拟定了筹办棉、糖、林、牧等场的计划，以及扩充改良棉田、经营全国山林、整理茶业、扩充制糖原料产地、整饬国货等方案计划，准备利用欧战的空隙，去和外国资本主义竞争。
他还竭力主张对外开放，在不损害民族利益的前提下引进外资，并先后与美国红十字会、美孚石油公司订立了2000万美元的石油借款合同和3900万美元的石油开采借款合同。张謇主持制定的各项政策、法令、条例和规划等对当时民族工商业的发展的确起了一定促进作用，他在引进外资方面更表现了非凡的见识和气魄。然而，由于美国同各国的矛盾，也由于国内舆论的反对，张謇所订的借款合同大多未能实际履行，他的发展实业的计划在当时中国的社会条件下也不可能付诸实施。在此情况下，张謇又目睹了袁世凯统治下政治黑暗、军阀混战、民不聊生、商业尽废的现况，对袁世凯政权渐感失望，再加上当时袁世凯急不可待地准备称帝，张謇不愿陪袁世凯去死，于1915年3月、8月先后辞去农商总长和全国水利局总裁职务，回到故乡自办工厂去了。
第一次世界大战后，随着帝国主义侵华势力的卷土重来和军阀混战的加剧，中国的民族工商业日趋萧条，一向盈利的大生纱厂也发生亏损。1925年，张謇所办的三个棉厂因债台高筑而为具有债权的银行团所接管，张謇很是失望，思想越来越保守，他反对革命，在1926年去世。