从1906年到1909年，浙江境内修成铁路328.2华里，沿路筑桥144座，平均每里铁路的造价只有13400银元（不计建桥及车辆），当时浙江旅沪学会评价“中国商办铁路，其成效以我浙为最速，其经费以我浙为最省”。这与汤寿潜芒鞋徒步、风尘仆仆、不计劳苦奔走于杭、沪之间，而且不受薪金、不支公费的作风是分不开的。期间，他还创办了浙江高等工业学堂（铁路学堂），为管理大笔集资款，还于1907创立了最早的商业银行之一浙江兴业银行。然而当铁路开工之后，英国银公司不肯废约，通过驻华使馆向清廷施加压力，要求向英方借款，实际上就是将铁路抵押给他们。消息传来，浙江铁路公司于1907年10月发起“浙江国民拒款会”，汤寿潜多次致电军机处抗争，路潮汹涌，清廷一度想动用武力，军队都已集结。为了把他支走，1909年，清廷先后几次任命他为云南按察使、江西提学使，每一次他都再三辞谢，坚持留下修路，到1910年8月他还致电军机处反对盛宣怀为邮传部侍郎。清廷指责他“狂悖已极”，将他革职，不准干预路事。结果引起一场轩然大波，浙江各界、浙江旅居外地的同乡纷纷请愿、集会、抗议，电文雪片般飞向北京，甚至有一个工程师、一个工头以身殉路。一时舆论汹汹，上海《天铎报》《申报》《文汇报》《民呼日报》及各英文报纸纷纷发表评论，连篇累牍地刊载有关报道，浙江咨议局乃至浙江巡抚都出面请求朝廷收回成命。8月25日，当清廷下令严禁上海、浙江、江苏各地为汤寿潜革职而集会，他在两天后只身前往山东，登泰山、谒孔林，放松身心。而杭州商务总会于8月28日、9月5日两次举行集会，9月9日旅沪同乡几千人乘专列到杭州，冒雨前往巡抚衙门请愿，秩序井然。至10月1日杭州还在举行集会声援。汤寿潜为了争路权弹劾大臣，顶撞朝廷，不惜冒杀头危险，因此而成为维护主权、艰苦创业的代名词。

在一波又一波捍卫路权的声浪中，混合着要求速行立宪、召开国会的呼喊。1908年颁布的《结社集会律》，毕竟在法律上确立了老百姓结社集会的权利。

1907年12月，预备立宪公会和宪政公会、政闻社、宪政研究会等团体决定成立“国会期成会”，作为领导全国请愿运动的临时团体，派人到浙、苏、皖、湘、赣、粤、豫等省活动串联。当年12月、1908年1月，张謇、汤寿潜两度和人讨论国会问题，1908年2月，在预备立宪公会一次会员常会上，讨论了创办私立法政大学（即上海政法学院前身）、请求开国会、设立“宣讲研习所”等事项，张、汤等都在会上发表了演说。同年4月，他们决定派代表到北京请愿。6月7日，他们以“预备立宪公会”的名义邀请全国各省的立宪团体，共同赴京请愿，敦促召开国会，7月12日，“国会期成会”正式举行成立大会，目标是速开国会，拉开了晚清国会请愿运动的大幕。浙江的运动就是在汤寿潜直接促动下开展起来的。借助办铁路赢得的社会声望，在推动立宪运动中，他起到了旁人难以起到的作用。这年6月，他在上海电促浙江各团体行动起来，8月10日推出代表，会上通过了由他执笔起草的《代拟浙人国会请愿书》，再次阐述了他的立宪思想，其中指出：“汲汲需开国会以便人民实地练习，得以增长其智力。”他认为，国民程度不是实行立宪、民权的必要前提，而是同一进程的两个方面，可以让人民在实践中提高自己的水平，议员应是“有才能者，有学识者，多额纳税者”，要给予“天下通才参政的机会”。这些思路即便今天读来还能引起我们的共鸣。

这份请愿书由前礼部侍郎朱祖谋领衔，8千人签名，包括了不少旗人，还有500多名天主教徒。8月20日，由三名代表到都察院递，呼吁“国会迅速成立”。此次国会请愿有18省参与，8个立宪团体还有留学生、海外华侨，签名人数可查的达15万人，各省人民集体向朝廷要权利，“极千古未有之奇观”。清廷的回应是查禁“政闻社”，公布“钦定宪法大纲”，宣布九年立宪，一年内各省先成立咨议局，再成立资政院。在接下来的咨议局议员选举中，各地立宪派的代表人物纷纷当选。

1909年3月，汤寿潜在杭州发起“自治筹备处”，受他影响，商业繁荣的湖州南浔小镇也成立了自治局。1910年，在立宪派的推动下，以各省咨议局为中心，接连掀起了几波国会请愿浪潮。先是1909年10月，张謇决定出面联合各省咨议局要求召开国会。11月，汤寿潜在杭州与张謇会面，他同意张的意见。当月28日，他给朝廷上了一份《为国势危迫敬陈存亡大计》，提出治标之策4条：提早开国会、急筹公债、联盟美国以分日本之势、锐意断发以易短便之服。同时有治本之策4条：注重典学，以培植经国的基本；事必独断，要有真正负责任的内阁；统筹财政，以解燃眉之急；议决币制，以定国币之价。1910年，他到广州等地活动，发起集资自办东南铁路，上海《时报》4月25日发表了他在广东向各界呼吁“请开国会”的演讲全文。1910年1月21日，王公大臣在请愿代表见面时，庆亲王向代表问及汤寿潜、张謇对此事的意见如何。各代表回答，汤、张都极力主张。这次对话，上海的《申报》有详细报道。可见他们无论在民间还是在朝廷，都有着不容忽视的分量。