白毓昆不赞同立宪派的立宪主张，认为其无异于“与虎谋皮”，为了实现民主共和的信仰他壮烈牺牲

白毓昆积极响应武昌起义，并将革命党人组织起来，为武装起义做准备
1911年10月，武昌起义爆发的消息传来，白毓昆积极响应，将主要精力投向武装推翻帝制上。11月，他和北洋法政学堂学生胡宪、凌钺一起，以法租界梨栈生昌酒店为机关，组织北方共和会，将北洋法政专门学堂和北洋女子师范学堂思想进步的师生及京津一带的革命党人组织起来，为武装起义做准备；他又在河北官立蒙养院内设立天津红十字会，集众演说，为革命事业做掩护；津军司令部在天津成立后，担任外交部长的他，积极联络各方革命力量。

白毓昆不赞同立宪派的立宪主张，认为其无异于“与虎谋皮”。为了给革命力量输送武器弹药，他在河东大王庄设弹药制造所，将联络站设在梨栈生昌酒店，与女子师范学堂数名女生，风尘仆仆奔走于北京、天津、张家口、滦州之间。女学生将炸弹捆在身上，伪装怀孕，躲避检查；男同学则将长枪放在棺材里，借出丧之机过关。他的家成为革命党人联络的重要场所，清廷间谍发现了这一线索，并将其位于河北三经路居易里的住所用白粉笔画圈示警。为避免官兵盘查，免除后顾之忧，他将家眷送回南方。

白毓昆在起义失败后为了实现民主共和的信仰壮烈牺牲

1911年12月，北方革命势力大联合在天津成立北方革命协会，白毓昆等人被派往滦州策动组织滦州驻军起义。在白毓昆等人的积极推动下，1912年1月3日，滦州新军宣布起义，成立了北方革命军政府，白毓昆被推举为参谋部长兼外交部长。誓师当晚，起义军决定一鼓作气，直下天津。后由于第三营管带张建功叛变，起义失败。北方革命军政府的许多首领被清兵诱杀。
事败后，白毓昆知道在当时的不利形势下，与其以一己之力拼死做无谓的抵抗，不如暂时脱身保存实力，等到回天津后再重振旗鼓。他只身躲进一座古庙，准备潜回天津。此时的清政府已布下重兵，严密搜捕革命党人。在古冶车站，白毓昆不幸被清兵捕获。面对敌人的严刑拷打，白毓昆的回答很干脆：“我为革命，自当为国死，今天被你们抓住，还有必要再问吗？”他宁死不屈，为了实现民主共和的信仰壮烈牺牲。