义和团运动失败后，全国上下救国图存的呼声更加高涨。清政府迫于形势，于光绪二十七年（1901）春，重申变法更制，并下诏求言。已对清廷大失所望的孙诒让，此时心中又燃起一丝希望。他应朝臣盛宣怀之请，闭门十日，奋笔疾书，针对当时弊政，拟定四十条《变法条议》，内容涉及政治、经济、文化等方面，锋芒直指腐朽的封建制度。不料盛宣怀看过后，惊出一身冷汗。他怕朝廷怪罪，迟迟不敢上陈。

　　孙诒让扼腕时艰，心情沉重，这才明白朝廷所谓的变法更制，只不过是挂羊头卖狗肉的欺人之谈。他深感清廷的腐败已无可救药，其立场观点也随之发生转变，开始同情反清革命。当时，浙江是光复会的基地，革命活动风起云涌。浙南地区很早就有革命思想的传播，涌现出众多热心革命的仁人志士。

　　清光绪三十一年（1905）初冬的一天，乐清东乡虹桥的陈鼐新，带着一位不速之客，登门拜访时任温处学务分处总理的孙诒让。陈鼐新原名梦熊，出过洋、留过学，思想激进，是孙中山领导的光复会会员，曾为地方办学之事与孙诒让有过交往，彼此相识。

　　他引见的这位来客名叫敖嘉熊，是嘉兴平湖的革命党人，因在当地身份暴露，特来温州暂避风头、开展活动。此行，他还带有创办温台处会馆，作为筹备革命机关的神秘使命。

　　其时风声很紧，清廷官府正四下抓捕所谓的“逆党”，孙诒让不免为他们两人的贸然造访捏一把汗，但又打心底里钦佩革命党人的敢作敢为。于是，他向敖嘉熊、陈鼐新透露：以目前形势，他们的处境十分凶险，“永瑞耳目甚多，非避嚣之处，请属转致，速行东洋为妙”。

　　孙诒让的担心果然没错，事隔不久陈鼐新就因为宣传革命，掀起了一场轩然大波，这便是震动浙南的《新山歌》案。

　　原来陈鼐新在乐清东乡的杏庄创办了明强女校，自任监督。他还采用当时通俗易懂的白话文，写了一本名叫《新山歌》的小册子，内容都为揭露清廷腐败无能，列强入侵中国，号召民众奋起反抗、救亡图存等。他在家乡一带到处宣讲，影响很大。有一次，在乐清县城举行的集会上，明强女校的师生们还演唱了《新山歌》。此举引起乐清知县何士循的注意，决定派人暗中查访。

　　杏庄有个名叫胡倬章的人，思想反动，心地狭窄，与陈鼐新有过节，便怀恨在心，偷偷拿到一本《新山歌》作为证据，向县衙门告了一状，说陈鼐新蛊惑人心，煽动造反。何士循一面将此事上报温州知府，请求转呈浙江巡抚；一面派衙役提拿陈鼐新。

　　闻讯后，陈鼐新连夜逃往温州，找十中教师石聘南商量。石聘南建议他去找孙诒让，说：“仲容先生乃学界巨擘，又是温处学务分处总理和省教育总会会长，名望很高。他一向同情和支持革命，你不如去求他设法帮忙。”

　　孙诒让热情接待了陈鼐新，对他的遭遇深表同情，明知对方是革命党，仍不顾身家性命危险，挺身予以保护。他当即写信给浙江巡抚张曾敭，为陈鼐新辩护申雪。考虑到陈目前留在温州会有危险，又为他购买赴上海的轮船票，让他先外出躲避一段时间再说。

　　这时候，温州知府锡纶也已将乐清知县的呈文，加上要求严惩的按语，转给了巡抚衙门。张曾敭特地派沈维城到温州来彻查此事。沈维城一到温州，便先去找孙诒让了解情况。孙诒让千方百计为陈鼐新申辩。但锡纶认为这案子证据确凿，非得从严惩处不可。沈维城又把他的话转告孙诒让。孙诒让坚决表示：“你若一定要听从知府的话，我也没有办法。不过此案无中生有，纯属诬告，我们还是要上诉的，以后大家各走各的路好了！”

　　沈维城有点左右为难。有人劝他说：“如今，官府和地方士绅意见不同，势如水火。你夹在当中，一定要不偏不倚，千万不可操切行事。”沈维城赞同这个意见，便亲自到乐清传见告发人胡倬章。胡一口咬定陈鼐新在何时何地宣传过《新山歌》，还递上一张听众的名单。沈维城把名单上开列的人都召到东乡小学，叫他们坐在教室的课桌前，每人发给纸笔作录，不准交头接耳。接着，他在黑板上提出十多个问题，叫大家按题作答，包括陈鼐新在什么时候、什么地方讲述过《新山歌》，听讲的有哪些人，讲演时的情形怎样等问题。

　　被召集的这些人，大多同情或倾向革命。结果沈维城拿答案一看，各人的回答内容与胡倬章所讲的完全不同。他认为这是胡倬章挟嫌诬告，便带了这几十份答案材料，回省城向张曾敭汇报去了。陈鼐新得知消息后，也赶到杭州，向巡抚衙门投案剖白，并要求惩办胡倬章的诬告罪。

　　本来张曾敭已决定采纳陈的意见。不料，布政使宝棻是个冥顽不化、仇视革命的满清贵族。他勃然大怒，说：“张抚台对逆党造反不严加惩办，反而要判处告发人为诬告罪，这还了得! 本人定要就此向朝廷参奏。”张曾敭知道宝棻的后台很硬，便顺水推舟，干脆把案件移交由他去处理。

　　孙诒让闻讯后，心里十分焦急。这时，湖广总督张之洞刚刚调到军机处，瑞安的黄绍箕是张之洞的侄女婿，其时也在北京。孙诒让赶紧给好友黄绍箕发了一封电报，请他出面向张之洞疏通关系。最后，在孙诒让全力周旋下，张之洞来了个釜底抽薪，由军机处出面，把宝棻调到山西去当布政使，才使这件事不了了之平息下来。

　　《新山歌》案反映了辛亥革命前夕，浙南地区革命势力和反动势力之间错综复杂的斗争。在这场生死攸关的斗争中，孙诒让顺应时代的潮流，为救助革命党，坚决与浙江布政使宝棻、温州知府锡纶等反动官僚相抗衡，最终赢得了胜利。但事隔不久，他又因此受到牵连。那是永嘉县城恶讼师梅佐羹，因没能当上温处学务分处的理事，便忌恨在心，处心积虑地罗织了八大罪状，匿名诬告孙诒让，其中第一条就是控告他“勾结包庇逆党”。此事一度闹得沸沸扬扬，后来总算真相大白，把背后告状的恶人给揪了出来。

　　从此以后，孙诒让更坚定了立场。光绪三十三年（1907）五月，当他得知鉴湖女侠秋瑾被捕的消息，又一次伸出仗义之手，连续两次请求湖广总督张之洞，密电其侄浙江巡抚张曾敭设法营救。

　　光复会的创始人章炳麟，平时“目无余子”，但对孙诒让的人品学问钦佩之至。当他得知孙诒让逝世后，不胜悲伤，特地从日本寄来《伤辞》云：“汤汤大海不可望，灵尚安留吟青黄。”还有《挽联》云：“孟子之功不在禹下；明德之后必有达人。昔人挽戴东原语，并世无足当此者，独可移挽仲容先生。”这一切，都足从佐证孙诒让在革命党人心目中的崇高地位。