留日期间，蒋百里还参与创办《浙江潮》，亲笔撰写发刊词。鲁迅当时同是留日热血青年，曾向此刊物投稿。也是在此期间，蒋百里结识了戊戌后亡命日本的梁启超，并执弟子礼。
1906年，蒋百里应清东三省总督赵尔巽聘为东北新军督练公所总参议，筹建新军。赵曾专折奏保蒋为“特异人才，可以大用”。随后，蒋百里被公派德国研习军事，成为兴登堡将军（后为德国总统）下面的连长。1910年，他回国任京都禁卫军管带，在沈阳“以二品顶戴任用”。这一年，他不过28岁，在同龄人中却已锋芒毕露，声望无两。
武昌起义后，蒋百里潜回南方，任浙江都督府参谋长。民国成立，又调任陆军部高等顾问，以及袁世凯的总统府军事参议。1912年，他出任保定军校校长，不久就上演了自杀的传奇一幕。
1913年6月18日凌晨5点，天刚灰亮，保定军校校长蒋百里就召集全校两千余名师生紧急训话。他身着黄呢军服，腰挂长柄佩刀，足蹬锃亮马靴，站在尚武堂石阶上一脸沉痛：“初到本校，我曾宣誓，我要你们做的事，你们必须办到；你们希望我做的事，我也必须办到。你们办不到，我要责罚你们；我办不到，我也要责罚我自己。现在看来，我未能尽责……你们要鼓起勇气担当中国未来的大任!”
随后，在众人目瞪口呆的目光中，蒋百里掏出手枪，瞄准自己胸部偏左的地方猛开一枪！
奇人必有奇运，也许是上天不愿意多灾多难的中国，再失去这样一位奇人，蒋百里竟奇迹般生还，并与养病期间看护他的日本女子佐藤屋登相好，后者最终成为百里第二任妻子，改名蒋左梅。
蒋百里此次自杀的缘由众说纷纭，有人说是愤于军校学风浮躁，有人说是向陆军部请求拨款未果，也有人说是对中国当时军界、政界之绝望。在古砚军看来，不论何种说法，都只能部分成立。蒋百里自杀，最大原因是他的骄傲。自杀者往往是最骄傲者，懦夫不敢、也不配自杀。
1916年袁称帝，蒋百里入川佐老同学蔡锷讨袁。袁世凯死去之后，又陪蔡锷去日本就医，旋即为之料理丧事。1917年回国，任黎元洪总统府顾问，开始首次撰写军事论著《孙子新释》、《军事常识》等，蒋百里出版后成为军校教辅。
此后蒋百里道路一转，竟有点儿偃武修文之意。1918年至1919年，他随梁启超赴欧洲考察，归国后主持“读书俱乐部”、“共学社”等团体。1920年，他当选浙江省议会议员，参与浙江、湖南省宪起草工作，支持“联省自治”。又主编《改造》杂志，其影响力仅次于陈独秀主编的《新青年》。期间，蒋百里写了不少关于联省自治与社会主义的文章。毛润之当时也致力倡导“湖南省自治”，也许正受其影响。其实古砚军觉得，18年后毛的“论持久战”抗日理论，其中也深深的刻有蒋百里的烙印。
1921年，蒋百里将欧洲考察的成果写成一本《欧洲文艺复兴史》，梁启超为之作序，下笔不能自休，竟写了5万多字，跟原书的字数都差不多了，梁氏只好另作短序。后来梁将这篇长序改写、充实，取名《清代学术概论》，反过来又请蒋百里作序。可算民国学术界一大佳话。
1923年，蒋百里心血来潮，又与胡适一起创办了新月社，并同徐志摩结为至交。几年后百里被蒋介石关进监狱，感情充沛、容易激动的志摩还背起铺盖，喊着要进去陪他坐牢。
如果顺着这个方向发展，中国也许会多一个文人、学者、政论家，但少一个杰出的军事学家。很显然，蒋百里并不愿意按照这个剧本发展下去，如果那样，他就不是奇人蒋百里了。在日本军校与德**队里得到的尚武之血，终身都在其身中流淌。江山总觉得，有两个蒋百里，一个文人的蒋百里，爱结社、写文章、交名流；一个军人的蒋百里，终身梦想是亲手击败整个日本军队。到最后，军人蒋百里战胜了文人蒋百里，虽然，他依靠的只是纸上谈兵。
1925年，蒋百里再度出山，任吴佩孚的总参谋长，因吴不“讨奉”而辞职，去上海投孙传芳。1929年，他支持原湘军将领唐生智起兵倒蒋，第二年入狱。稍后，两个姓蒋的同宗达成和解。1933年，他奉蒋介石之命再赴日本，拟就国防计划，以备不可避免的中日之战。1935年，他被聘为军事委员会高级顾问，1936年赴欧美考察军事，归后提出建设空军的建议。
中国最早关于空军构建的思想，却是来自陆军出身的百里。
1937年初，蒋百里最重要军事论著集《国防论》出版，轰动一时，扉页题词是：“万语千言，只是告诉大家一句话，中国是有办法的！”
遗憾的是，蒋百里无法看到自己的理论变成现实。1938年10月，他出任陆军大学代理校长，同年11月，在迁校途中，他病逝于广西宜山，国民党政府追赠他为陆军上将。
蒋百里终身没有亲自指挥过一次战役，在30多年的职业生涯里，他先后被